Николай А. Махутов – доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
Малый Харитоньевский пер., д.4, Москва, 101990
Nikolay A. Makhutov, Doctor of Engineering, Professor, Corresponding Member, Russian Academy of Sciences, Lead Researcher, Federal State Publicly Funded Scientific Establishment Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences (IMASH RAN)
4, Malyy Kharitonyevskiy Per., 101990, Moscow
Дмитрий О. Резников – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
Малый Харитоньевский пер., д.4, Москва, 101990
Dmitry O. Reznikov, Candidate of Engineering, Lead Researcher, Federal State Publicly Funded Scientific Establishment Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences (IMASH RAN)
4, Malyy Kharitonyevskiy Per., 101990, Moscow
Цель. Целью статьи является проведение сопоставительной оценки двух базовых подходов к обеспечению конструкционной прочности и безопасности потенциально опасных объектов: детерминистического, основанного на обеспечении нормативных значений запасов прочности по основным механизмам достижения предельных состояний, и вероятностного, при котором критерием выполнения условий прочности является непревышение расчетными значениями вероятности разрушения по различным модам разрушения нормативных предельно допустимых значений.
Методы. Ключевой проблемой при обеспечения конструкционной прочности является высокий уровень неопределенностей, которые принято разделять на два типа: (1) неопределенности, обусловленные естественной вариативностью параметров, определяющих несущую способность системы и действующие на нее нагрузки, и (2) неопределенности, связанные с человеком (ограниченность человеческих знаний о системе и возможность совершения человеком ошибок на различных этапах цикла эксплуатации системы). Методы компенсации неопределенностей зависят от используемого подхода к обеспечению прочности: при детерминистическом подходе случайные переменные «нагрузка» и «несущая способность» заменяются на детерминированные величины – их математические ожидания, а выполнение условия прочности с учетом неопределенностей обеспечивается путем введения условия, что отношение математических ожиданий несущей способности и прочности должно превышать нормативную величину запаса прочности, который, в свою очередь, должен быть больше единицы. В рамках вероятностного подхода конструкционная прочность считается обеспеченной, если расчетная вероятность разрушения по рассматриваемому механизму достижения предельного состояния не превосходит нормативно установленного значения вероятности разрушения.
Выводы. Говорить об эквивалентности двух (детерминистического и вероятностного) подходов можно лишь в определенных частных случаях. Недостатком обоих подходов является их ограниченные возможности по компенсации неопределенностей второго типа, определяемых действием человеческого фактора, а также отсутствие корректной процедуры учета тяжести последствий, наступающих в случае достижения предельного состояния. Указанные недостатки могут быть преодолены путем привлечения к решению задачи по обеспечению конструкционной прочности и безопасности методического инструментария теории рисков, который позволяет включить в рассмотрение неопределенности второго типа и в явном виде учитывать критичность последствий, наступающих при разрушениях на объекте.
Aim. This paper aims to compare the two primary approaches to ensuring the structural strength and safety of potentially hazardous facilities, i.e. the deterministic approach that is based on ensuring standard values of a strength margin per primary limit state mechanisms, and the probabilistic approach, under which the strength condition criterion is the nonexceedance by the target values of probability of damage per various damage modes of the standard maximum allowable values.
. The key problem of ensuring the structural strength is the high level of uncertainties that are conventionally subdivided into two types: (1) the uncertainties due to the natural variation of the parameters that define the load-carrying ability of a system and the load it is exposed to, and (2) the uncertainties due to the human factor (the limited nature of human knowledge of a system and possibility of human error at various stages of system operation). The methods of uncertainty mitigation depend on the approach applied to strength assurance: under the deterministic approach the random variables “load” and “carrying capacity” are replaced with deterministic values, i.e. their mathematical expectations, while the fulfillment of the strength conditions subject to uncertainties is ensured by introducing the condition that the relation of the mathematical expectation of the loadcarrying capacity and strength must exceed the standard value of strength margin that, in turn, must be greater than unity. As part of the probabilistic approach, the structural strength is assumed to be ensured if the estimated probability of damage per the given mechanism of limit state attainment does not exceed the standard value of the probability of damage.
Conclusions. The two approaches (deterministic and probabilistic) can be deemed equivalent only in particular cases. The disadvantage of both is the limited capability to mitigate the uncertainties of the second type defined by the effects of the human factor, as well as the absence of a correct procedure of accounting for the severity of consequences caused by the attainment of the limit state. The above disadvantages can be overcome if risk-based methods are used in ensuring structural strength and safety. Such methods allow considering uncertainties of the second type and explicitly taking into consideration the criticality of consequences of facility destruction.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.