Комплексный анализ прочности и безопасности потенциально опасных объектов с учетом неопределенностей

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.

1. Безопасность России. Правовые, социальноэкономические и научно-технические аспекты [Текст]. – М.: МГОФ «Знанине» 1998-2019 гг., тт.1-55.

2. Махутов, Н.А. Прочность и безопасность: Фундаментальные и прикладные исследования [Текст] / Н.А. Махутов. – Новосибирск: Наука, 2008. – 528 с.

3. Elishakoff, I. Safety Factors and Reliability: Friends and Foes? [Text] /I. Elishakoff. – Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 2004.

4. Ching, J. Equivalence between reliability and factor of safety [Text] / J. Ching // Probabilistic Engineering Mechanics. – 2009. – Vol. 24(2). – P. 159-171.

5. Резников, Д.О. Способы компенсации неопределенностей при обеспечении защищенности сложныхтехнических систем и оптимизации затрат их жизненного цикла [Текст] / Д.О. Резников // Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2013. – № 3. – С. 57-64.

6. Махутов, Н.А. Два типа сценариев аварий в сложных технических системах [Текст] / Н.А. Махутов, Д.О. Резников, В.В. Зацаринный // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. – 2014. – № 2. – С. 28-41.

7. Махутов, Н.А. Сопоставление детерминированных и вероятностных оценок прочности конструктивных элементов технических систем при серийных нагрузках [Текст] / Н.А. Махутов, Д.О. Резников // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2014. – № 5. – С. 41-46.

8. Махутов, Н.А. Нормативные и вероятностные подходы к обеспечению защищенности критически важных объектов [Текст] / Н.А. Махутов, Д.О. Резников, В.П. Петров и др. // Безопасность в техносфере. – 2011. – № 4. – С. 5-12.

9. Beeby, A.W. Safety of structures, and a new approach to robustness [Text] / A.W. Beeby // The Structural Engineer. – 1999. – Vol. 77. – P. 16-21.

10. Ellirtgwood, B. Design and Construction Error Effects on Structural Reliability [Text] / B. Ellirtgwood // Journal of Structural Engineering. – 1987. – Vol. 113(2). – P. 409-422.

11. Dhillon, B.S. Human Reliability and Error in Transportation Systems [Text] / B.S. Dhillon. – SpringerVerlag, London, 2007. – 182 p.

12. Махутов, Н.А. Учет угроз, связанных с человеческим фактором, при оценке защищенности опасных производственных объектов [Текст] / Н.А. Махутов, Д.О. Резников // Безопасность труда в промышленности. – 2015. – № 1. – С. 60-67.

13. Махутов, Н.А. Влияние человеческого фактора на безопасность технических систем [Текст] / Н.А. Махутов, Р.С. Ахметханов, Е.Ф. Дубинин и др. // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. – 2014. – № 3. – С. 80-98.

14. Махутов, Н.А. Безопасность России. Человеческий фактор в проблемах безопасности [Текст] / Н.А. Махутов, Н.А. Абрамова, В.А. Акимов и др. – М.: МГОФ «Знание», 2008. – 687 с.

15. Махутов, Н.А. Особенности обеспечения безопасности критических инфраструктур [Текст] / Н.А. Махутов, Д.О. Резников, В.П. Петров // Безопасность в техносфере. – 2014. – Т. 3. – № 1(46). – С. 3-14.