Лаб.-по-ударной

ПРИДНЕСТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ Т.Г. ШЕВЧЕНКО
ОТЧЕТ
ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Безопасность жизнедеятельности»
Тема лабораторной работы:
« РАСЧЕТ НАГРУЗОК, СОЗДАВАЕМЫХ УДАРНОЙ ВОЛНОЙ»
Студент ___________________ Шифр__________Группа____________
Вариант ___ _______________ Ф.И.О. преподавателя_______________
Подпись студента ___________ Подпись преподавателя _____________
Дата______________________
Дата ______________________________
г. Тирасполь
РАСЧЕТ НАГРУЗОК, СОЗДАВАЕМЫХ УДАРНОЙ ВОЛНОЙ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Нагрузки, создаваемые ударной волной в результате взрыва емкостей со сжатым газом,
взрыва газовоздушной смеси, воздушного и наземного ядерных взрывов, приводят к
разрушениям зданий, сооружений, оборудования, установок и т.д.
В результате разрушения объектов возникают чрезвычайные ситуации с
соответствующими степенями разрушения, опрокидывания и смещения оборудования и
установок.
Для принятия решений по проведению восстановительных работ на объектах,
подвергшихся разрушению, необходимо провести оценку степени разрушения.
Ударная волна — основной поражающий фактор ядерного взрыва. Большинство
разрушений и повреждений зданий, сооружений и оборудования объектов, а также
поражений людей обусловлено, как правило, воздействием ударной волны. В то же время
защитить объекты от ударной волны гораздо труднее, чем от других поражающих
факторов.
В зависимости от того, в какой среде распространяется волна — в воздухе, воде или
грунте, ее называют соответственно воздушной ударной волной, ударной волной в
воде и сейсмовзрывной волной в грунте.
Воздушная ударная волна представляет собой зону сильно сжатого воздуха,
распространяющуюся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой
скоростью. Передняя граница волны называется фронтом.
Ударная волна имеет фазу сжатия и фазу разрежения. В фазе сжатия ударной
волны давление выше атмосферного, а в фазе разрежения — ниже. Наибольшее
давление воздуха наблюдается на внешней границе фазы сжатия — во фронте
волны.
На рис. 1 показано изменение давления воздуха в какой-либо точке пространства при
прохождении через нее ударной волны. Как видно из рисунка, в момент прихода ударной
волны давление повышается от нормального (атмосферного) Р 0 до максимального во
фронте ударной волны Рф. В дальнейшем по мере продвижения ударной волны
давление падает ниже атмосферного.
Рис. 1. Изменение давления в фиксированной точке на местности в зависимости от
времени и действия ударной волны на местные предметы:
1 — фронт ударной волны; 2 - кривая изменения давления
Основными, п а р а м е т р а м и ударной волны, определяющими ее
поражающее действие, являются: избыточное давление ∆Рф, скоростной
напор РСК и время действия ударной волны tу.в.
Избыточное давление во фронте ударной волны ∆Рф — это разность между
максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным
давлением Р0 перед этим фронтом (см. рис. 1). Единица избыточного давления — паскаль
(Па) или килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см 2):
1 Па=1 Н/м 2 = 0,102 кгс/м 2 = 1,02·10 -5 кгс/см.
1 кгс/см2 = 98,1 кПа или 1 кгс /см2 ≈ 100 кПа.
Значение избыточного давления в основном зависит от мощности и вида взрыва и
расстояния. Влияние других условий (рельефа местности, метеоусловий и др.) может быть
учтено путем введения соответствующих поправок в значения величин, определяемых для
различных условий взрыва.
Степень разрушения конструкций определяется не только воздействием давления
фронта волны, но и торможением движения масс воздуха, следующих за фронтом волны.
Динамическая нагрузка, создаваемая потоком воздуха, называется давлением
скоростного напора РСК. Единица давления скоростного напора, как и избыточного
давления, паскаль (Па) или килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2).
Скоростной напор воздуха находится в прямой зависимости от скорости и плотности
воздуха за фронтом ударной волны.
Разрушающее (метательное) действие скоростного напора заметно сказывается в
местах с избыточным давлением более 50 кПа, где скорость перемещения воздуха
более 100 м/с.
Время действия ударной волны tу.в. — это время действия избыточного
давления. Величина tу.в. зависит, главным образом, от мощности взрыва q и
измеряется в секундах.
2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
2.1. Выбрать вариант.
2.2. Ознакомиться с методикой расчёта.
2.3. Выполнить расчёт в соответствии с выбранным вариантом.
2.4. Подписать отчёт и сдать преподавателю.
3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА.
3.1. Взрыв емкости со сжатым газом:
Тротиловый эквивалент, кг
q = A/3.8
где: А - работа взрыва (работа газа при адиабатическом расширении), МДж.
A
( p1V )[1  ( p 2 / p1 ) ( m 1) / m ]
m 1
где: p1- начальное давление в сосуде, МПа; V- начальный объем газа, м3; р2 – конечное
давление, МПа; p2 = 0,1p1; m-показатель адиабаты, m = 1,4.
Безопасное расстояние, м, от места взрыва для человека
Rmin  5q 1 / 2
Безопасное расстояние, м, места взрыва для жилой застройки
Rmin  16q 1 / 3
3.2. Взрыв газовоздушной смеси.
Избыточное давление при взрыве газовоздушной смеси, кПа,
mHТ p0 z
,
VП cpТ 0 RН
где: m – масса горючего газа, кг; HТ – теплота сгорания, кДж; HТ = 40 • 103кДж; p0 –
начальное давление; кПа, p0 = 101 кПа; z – доля участия взвешенного дисперсного
продукта при взрыве; z = 0,5; VП – объём помещения, м3, с – теплоёмкость воздуха,
кДж/кг; с = 1,01 кДж/кг; p – плотность воздуха, кг/м3; p = 1,29 кг/м3; Т0 – температура в
помещении, К; Т0 = 300 К; RН – коэффициент негерметичности помещения; RН = 3.
Ф 
3.3. Ядерный взрыв и взрыв емкости.
Избыточное давление, кПа, во фронте ударной волны наземного и воздушного ядерного
взрыва, а также при взрыве емкости со сжатым газом
105  3 0.5  q 410  3 (0.5  q) 2 1370  (0.5  q)


Δ PФ 
R
R2
R3
где: ∆РФ — избыточное давление во фронте ударной волны, кПа; q.— тротиловый
эквивалент ядерного взрыва по ударной волне, кг; R — расстояние от центра взрыва, м.
3.4. Степень разрушения объекта воздействия (здания, сооружения и т.д.)
Степень разрушения объекта воздействия оценивают по критерию физической
устойчивости (сильное, среднее, слабое), а объекты воздействия (оборудование,
установки и т.д.) - по критерию опрокидывания и смещения.
3.4.1. Если под воздействием ударной волны с избыточным давлением элементы
производственного комплекса разрушаются полностью, разрушение оценивается как
сильное; если элементы производственного комплекса в этих условиях могут быть
восстановлены в короткие сроки, разрушение оценивается как среднее или слабое.
Степень разрушения производственных комплексов в зависимости от избыточного
давления может быть оценена следующим образом:
Для промышленного здания с металлическим или железобетонным каркасом:
при избыточном давлении 50...60 кПа - сильное, 40...50 кПа - среднее, 20... 40 кПа –
слабое;
Для кирпичного многоэтажного здания с остеклением: при избыточном
давлении 20... 30 кПа - сильное, 10... 20 кПа - среднее, 8... 10 кПа - слабое;
Для кирпичного одно- и двухэтажного здания с остеклением: при избыточном
давлении 25...35 кПа - сильное, 15...25 кПа - среднее, 8...15 кПа - слабое;
Для приборных стоек: при избыточном давлении 50... 70 кПа - сильное,
30... 50 кПа - среднее, 10... 30 кПа - слабое;
Для антенных устройств: при избыточном давлении 40 кПа – сильное, 20...40
кПа - среднее, 10...20 кПа - слабое;
Для открытых складов с железобетонным перекрытием: при избыточном
давлении 200 кПа - сильное.
3.4.2.
Степень опрокидывания и смещения антенного устройства или приборной
стойки.
Скоростной напор взрыва, кПа,
PCK  2.5  Ф2 /( Ф  7 p0 )
где р0 - начальное атмосферное давление, кПа; р0 = 101 кПа
Допустимый скоростной напор взрыва, кПа, при опрокидывании антенного устройства или
приборной стойки
ОПР
PCK
 (a / b)  [G /(C X  S )]
где: а и b - высота и ширина объекта, м; G масса объекта, кг; Сх - коэффициент аэродинамического сопротивления; S- площадь поперечного сечения приборной стойки.
Если скоростной напор взрыва больше допустимого при опрокидывании, то антенное
устройство или приборная стойка опрокинется.
Допустимый скоростной напор взрыва при смещении антенного устройства или
приборной стойки
CM
PCK
 ( fG) /(C X  S )
где: f- коэффициент трения.
Если скоростной напор взрыва больше допустимого при
устройство или приборная стойка сместится.
смещении, то антенное
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
5. ЛИТЕРАТУРА.
1. Атаманюк В.Г., Ширшев Л.Г., Акимов Н.И. Гражданская оборона. – М.: Высшая
школа, 1986. - 207 с.
2. Безопасность жизнедеятельности / С.В.Белов, В.А. Девисилов, А.Ф. Козьяков и др.;
Под общ. Ред. С.В. Белова. – М.: Высшая школа. НМЦ СПО, 2000. – 343 с.
Варианты заданий
к лабораторным занятиям по теме:
03
04
Наземный
ядерный
взрыв
Ёмкость со
сжатым
газом
Воздушный
ядерный
взрыв
0,5 Ёмкость со
сжатым
газом
100 Многоэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
0,5
1×109
10
2×109
5
Коэффициент
аэродинамического
сопротивления
02
5
Коэффициент трения
Ёмкость со
сжатым
газом
4
Масса объекта, кг
01
3
Высота
и
ширина
объёкта
Площадь поперечного сечения
объекта, м2
2
Объект
воздействия
Расстояние от центра взрыва, м
1
Объём ёмкости, м3
Источник
разрушения
Начальное давление, МПа;
или тротиловый эквивалент, Мт
Вариант
«Расчет нагрузок создаваемых ударной волной»
6
7
8
9
10
11
100
-
-
-
-
-
10
0,16
1,4
-
-
-
0,5
0,85
100
1,6×1,6 0,32
Двухэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
3000
0,05 Складское
кирпичное
здание
Антенна
спутникового
телевидения
10
-
-
-
-
-
10
1,5×1,5
1,8
10
0,16
1,6
4000
-
-
-
-
-
4000
2×0,5
0,4
20
0,4
0,85
10
-
-
-
-
-
10
1,5×0,3
0,3
30
0,3
0,85
-
-
5
Многоэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
Двухэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
3000
-
-
1,4×0,5 0,28 100
1
2
3
4
06
Воздушный
ядерный
взрыв
0,01×109
-
07
08
09
10
11
12
Воздушный
ядерный
взрыв
Ёмкость со
сжатым
газом
Наземный
ядерный
взрыв
Ёмкость со
сжатым
газом
Воздушный
ядерный
взрыв
Наземный
ядерный
взрыв
0,1×109
0,05
-
100
1×109
1
0,5×109
1×109
0,5
-
-
5
6
7
8
9
10
11
Многоэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
4000
-
-
-
-
-
5
0,4
0,85
Промышленное
здание с
металлическим
и железобетонным каркасом
Приборная
стойка
2000
-
-
-
-
-
2000
0,5×0,4
0,1
30
0,3
0,9
Кирпичная
стена
многоэтажного
дома с
остеклением
Приборная
стойка
10
-
-
-
-
-
20
0,5
0,9
Многоэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
3000
-
-
-
-
-
3000
1,4×0,5
0,4
20
0,4
0,9
Многоэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
20
-
-
-
-
-
30
0,3
0,85
Кирпичная
стена
многоэтажного
дома с
остеклением
Приборная
стойка
4000
-
-
-
20
0,5
0,9
Многоэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
1000
-
-
-
30
0,5
0,85
4000
10
20
4000
1000
0,5×0,3 0,01
0,9×0,4 0,18
0,9×0,6 0,18
-
-
0,9×0,4 0,18
-
-
0,9×0,6 0,18
1
2
13
Взрыв
газовоздушной
смеси
14
15
16
17
18
19
Воздушный
ядерный
взрыв
Ёмкость со
сжатым
газом
Наземный
ядерный
взрыв
Ёмкость со
сжатым
газом
Ёмкость со
сжатым
газом
Воздушный
ядерный
взрыв
3
4
10 кг
100
горючего
вещества
0,1×109
20
0,01×109
1
1
0,01×109
-
0,8
-
1
10
-
5
6
7
8
9
10
11
Промышленное
здание с
металлическим
и железобетонным каркасом
Приборная
стойка
2
-
-
-
-
-
20
0,5
0,85
2
Промышленное 10000
здание с
металлическим
и железобетонным каркасом
Приборная
10000
стойка
0,9×0,3 0,18
-
-
-
-
-
09×0,3
0,18
20
0,5
0,85
Одноэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Антенное
устройство
10
-
-
-
-
-
10
0,5×0,4
0,1
30
0,9
0,4
Одноэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Антенное
устройство
2000
-
-
-
-
-
2000
0,5×0,4
0,1
10
0,9
0,4
Многоэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
15
-
-
-
-
-
30
0,6
0,4
Одноэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
10
-
-
-
-
-
10
0,5×0,3
0,1
10
0,85
0,4
Многоэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
5000
-
-
-
-
-
30
0,6
0,4
15
5000
0,9×0,4 0,18
0,9×0,4 0,18
1
2
3
4
20
Ёмкость со
сжатым
газом
1
5
21
22
23
24
25
26
Наземный
ядерный
взрыв
Наземный
ядерный
взрыв
Взрыв
газовоздушной
смеси
Наземный
ядерный
взрыв
Взрыв
газовоздушной
смеси
Взрыв
газовоздушной
смеси
0,01×109
0,1×109
-
-
50 кг
500
горючего
вещества
0,5×109
-
10 кг
100
горючего
вещества
10 кг
100
горючего
вещества
5
6
7
8
9
10
11
Одноэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
8
-
-
-
-
-
8
1,6×0,4
0,3
30
1,2
0,5
Многоэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
4000
-
-
-
-
-
4000
0,5×0,3
0,1
50
0,4
0,85
Промышленное
здание с
металлическим
и железобетонным каркасом
Приборная
стойка
2000
-
-
-
-
-
2000
0,5×0,3
0,1
10
0,85
0,4
Одноэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
5
-
-
-
-
-
5
1,4×0,2
0,2
Одноэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
5000
-
-
5000
1,4×0,2
0,2
Промышленное
здание с
металлическим
и железобетонным каркасом
Приборная
стойка
2
-
-
Промышленное
здание с
металлическим
и железобетонным каркасом
Приборная
стойка
2
-
2
0,5×0,4
2
100 0,84
-
-
100 0,85
0,5
-
0,4
-
-
-
20
0,85
0,5
-
-
-
-
0,1
10
0,85
0,3
0,9×0,3 0,18
1
2
27
Взрыв
газовоздушной
смеси
28
29
30
Ёмкость со
сжатым
газом
Наземный
ядерный
взрыв
Ёмкость со
сжатым
газом
3
4
50 кг
100
горючего
вещества
0,4
1×109
10
80
-
5
6
7
8
9
10
11
Кирпичная
стена
многоэтажного
дома с
остеклением
Приборная
стойка
2
-
-
-
-
-
30
0,9
0,5
Многоэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Приборная
стойка
100
-
-
-
0,5
0,4
Двухэтажное
кирпичное
здание с
остеклением
Антенная
стойка с
усилителем
3000
-
-
-
-
-
3000
2×0,03
0,08
20
0,3
0,85
10
-
-
-
-
-
10
0,16
1,4
0,05 Складское
кирпичное
здание
Антенна
спутникового
телевидения
2
100
10
0,9×0,4 0,18
-
-
1,6×0,6 0,32 100
1,6×1,6 0,32