автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Динамика и сейсмостойкость подъемно-транспортного оборудования атомных станций

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПАНАСЕНКО НИКОЛАИ НИКИТОВИЧ

УЖ 621.039.56

ДИНАМИКА И СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ П0ДЬЁШ10-ТРАНСП0РТН0Г0 ОБОРУДОВАНИЯ АТОШШХ СТАНЦИИ

Специальность: 05.05.05 - подъёмно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1992

Работа выполнена в Новочеркасском ордена Трудопого Красного ЭДлгзтвии&амони политехническом институте имени Сорго Орджоникидзе

КЯ '.'''."14 /

• ' ..И!»

ссертаций

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор КЛИЛК С.Л. Член-корреспондент Санкт-Петербургской инженерно;! академии, доктор технических наук, профессор ПЗРТЕН К).Л. Доктор технических наук СОЛОВЬЁВ В.Г.

Ведущее предприятие: Волгодонское производственное

объединение "АТСШАШ"

Защита состоится •Л" 06 1У92 г. в 16 часов из заседании специализированного совета Д 063.Li8.o0 при Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 1135^51, Санкт-Петербург, Политехническая ул. 29, корп. I, ауд. 41.

С диссертацией можно ознакомит!- ^ библиотеке университета.

знвы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять опецнализированный совет университета.

^ггореферат разослан 19У2 г.

УЧНШ СИСРКГЛРЪ СИЩИАЛИоЩ-'ОВЛШЮГО совктл К.Т.Н., ДОЦгШ'

Смирнов В.Н.

ощу характгрлсшсл рлюти

Актуальность раоотн. проолома оезопасности ядерно--оиаин.чх подъёмно-транспортных операций с ядерными грузами являотся составной частью глобальной проблеют по оценке воздействия ядерной энергетики и предприятий ядерного топливного цикла на окружающую среду (ОЛОС). Грузоподъёмные кран» и перегрузочные машины, манипуляторы, кантователи и транспортные платформы АЭС, являющиеся основным подъёмно-транспортным оборудованием Ш'1'0) обеспечивающим ядерно- и радиационно-опасный топливно-транспортный процесс АЭС, должны бить безопасными при максимальном расчётном землетрясении (МРЗ) (установленном для каждой АХ) и при нагрузках от ударов падающих самолотов о здания АЭС и хранилищ с ядернш топливом. НТО, эксплуатирующееся в гермозонах АЭС, является оборудованием первой (I) категории сейсмостойкости (КС), которой должно сохранять свои фикции вплоть до максимальных проектных и максимальных мыслимых аварий (МЛА и Г.1МА), к которым относятся и землетрясения и приравниваемые к ним эффекты от ударов и взрывов.

Несмотря на это отсутствует теоретически обоснованная мотодологическая база п научные основы исследования и изучения функционирования систем кранов и другого ПТО при сильных землетрясениях. Отсутствует также и система нормирования расчётов кранов на сейсмостойкость при их проектировании и изготовлении в сейсмостойком исполнении.

Цель диссертации - разработать теоретические основы инженерных расчётов на сейсмостойкость ПТО для атомных станций (АС) и предприятий с ядерными технологиями и реализовать их в виде программного продукта ЭВМ и системы нормирования расчётов, направленных на создание ядерно- и радиационно-безопасного ПТО в условиях эксплуатации АС вплоть до ША - сильных землетрясений и приравниваемых к ним эффектов, - ударов падающих самолётов о здания АЭС и взрывов.

Методы исследования. Рассматриваемые в диссертации вопросы решаются с привлечением классического ГЛКЭ пространственных стержневых систем, метода вычислительного эксперимента и принципов системного подхода, теоретический уровень которых соответствует уровню теории и практики проектирования оборудования ядерной части АЭС. Экспериментальные исследования сейсмостойкости ПТО проводились на сейсмоплатформе института "Атомэнергопроект" с

использованием крупномасштабных моделей кранов для АЭС.

Защищаемые научные положения.

1. Методологические основы построения пространственных конечно-элементных геометрически нелинейных расчётных динамических моделей (РДМ) металлоконструкций (м/к) и несущих структур механизмов грузоподъёмных кранов и др. ПТО с распределёнными и сосредоточенными массами со многими степенями свободы и реализация их в виде программного продукта ЭВМ.

2. Развитие теоретических положений детерминистического и вероятностного, на основе теории случайных функций, моделирования многокомпонентных сейсмических воздействий (на входе) с целью качественного вычисления внешних расчётных пространственных сейсмических нагрузок на м/к и механизмы ПТО и реализация этих положений в виде программного продукта ЭВМ.

3. Теоретическая модель сейсмических колебаний пространственных стержневых м/к ПТО с учётом распределённых масс и геометрической нелинейности со многими степенями свободы (до 200-300) и реализация её в виде программного продукта в инженерном методе расчёта как внешних расчётных пространственных сейсмических нагрузок, генерируемых системами ПТО, так и его сейсмостойкости.

4. Теоретическая модель сейсмических колебаний пространственных несущих структур механизмов подъёма ядерно- и радиационно-опасных грузов со многими степенями свободы (до 40-50) и реализация её в виде программного продукта для исследования работы их редукторных, тормозных и пространственных полиспастных систем ¡три действии сочетаний эксплуатационных нагрузок и вертикальных компонент землетрясений.

5. Теоретическая нелинейная модель собственной и грузовой устойчивости положения в пространстве грузоподъёмных кранов при сильных землетрясениях (с использованием метода интегрирования уравнений движения).

6. Совокупность теоретических положений и моделей: по оптимизации пространственных м/к с заданным спектром их собственных частот (СЧ), оценке напряжённо-деформированного состояния (НДС), сейсмической и прочностной надёжности и безопасности (безаварийности) ПТО при землетрясениях.

7. Система нормирования расчётов ПТО на сочетания эксплуатационных нагрузок и срйсмических воздействий и внедрение её на

производствах, изготавливающих подъёмно-транспортную технику дяя ЛС.

Научная новизна. Диссертационная работа является первой л теории и практике краностроенпя, обобщающей и развивающей отечественный и международный опит теории сейсмостойкости НТО. Ин-явлено, что в несущих м/к и несущих структурах механизмов подъёма тяжёлых мостовых кранов с гибким и жёстким подвесом груза при землетрясениях 8-9 баллов по жале К-64 генерируются внешние сейсмические силы, вызывающие напряжения в 2,!)-3 раза превосходящие расчётные напряжения от статических эксплуатационных нагрузок.

Установлено, что расчёт сейсмостойкости крановых сооружений АС и кранов общего назначения по СНиП П-7-81 "Строительство в соисмичеоких районах", как это рекомендует ОСТ 24.01X1.72-83 "Нормы расчёта стальных конструкций мостовых и козловых кранов" приводит к недопустимым для целел практики погрешностям.

.Выявлена нецелесообразность сведения распределённых масс к сосредоточенным при формировании РД.1 высоконадёжных пространственных стержневых большепролётных м/к кранов и перегрузочных машин реакторных цехов АС со многими степенями свободы с целью исключения погрешностей в определении их динамических характеристик (прежде всего - СЧ), достигающих 30^.

Впервые установлено, что учёт геометрической нолинойности пространственных стержневых м/к кранов из стержней открытого профиля уточняет вычисление частотных характеристик, и, как следствие, внешних расчётных (по линейно-спектральному методу (ЛСМ)) сейсмических сил, - уточнение достигает 35%, - по сравнению с традиционным линейно-упругим расчётом.

Доказано, что использование теории случайных функций, по сравнению с детерминистическим ЛСМ, для построения поэтажных сейсмических спектров ответа (ПСО) зданий АС на уровнях установки ходовых путей кранов и другого НТО позволяет достоверно уточнить определение квазистатических сейсмических нагрузок в среднем на 40% и снизить на эту величину расчётные параметры НДС несущих систем м/к и механизмов подъёма груза кранов.

Впервые в отечественной практике разработана система нормирования расчётов ОТО на сейсмостойкость, изложенная в отраслевых нормативных документах: а) РД 24.090.83-87 "Нормы расчёта пространственных металлоконструкций кранов атомных станций

на эксплуатационные и сейсмические воздействия"; б) РД 24.035.04-89 "Нормы расчёта на сейсмостойкость подъёмно-транспортного оборудования атомных станций", согласованных с ГОСАТОМ-ЭНЕРГОНАДЗОРОМ, письмо № 5-10/216 от 16.02.90, внедрённых в расчётную практику на предприятиях Минтяжмаша и Минатомэнергопро-ма.

Достоверность основных научных положений и выводов по работе основывается: на накопленном опыте проектирования как кранового оборудования, так и сейсмостойкого проектирования в сопредельных областях машиностроения и сейсмостойкого строительства; на учёте действующих нормативных требований к крано-вы; механизмам и системам безопасности; на использовании

пр<- ¡X и надёжностных критериев предельных состояний несущих структур крановых сооружений, апробированных как в международной практике машиностроения для АС, так и полученных в диссертации в результате сбора и статистической обработки материалов в отечественном краностроении, прежде всего прочностных критериев и показателей по лнтенсивностям отказов отдельных подсистем кранов; выбором апробированных физических предпосылок, особенно в развитии и приложении теории тонкостенных стержней, применительно к сложным пространственным м/к кранов; обоснованием РДМ несущих структур м/к и механизмов кранов и др. ПТО методами математического моделирования на ЭВМ и результатами экспериментального исследования крупномасштабных моделей полярного крана (М 1:10) и перегрузочной машины (М 1:5) серийных АЭС с ВВЭР-ЮОО при искусственном сейсмическом воздействии и непосредственном участии автора диссертации на шестикомпоне-нтной сейсмоплатформо Московского отделения института "АТОМ-ЭНЕРГОПРОКаТ", где получена удовлетворительная сходимость теоретических и экспериментальных результатов (расхождение составляет в среднем 10$); применением адекватных методов аналитического исследования, прежде всего теории вероятностей, при моделировании сейсмических воздействий, имеющих ярко выраженный случайный характер; постановкой оптимизационных задач на приложениях методов математического программирования; разработкой проектов, при непосредственном участии автора, и изготовлением более 20 крановых сооружений для АС и кранов общего назначения в сейсмостойком исполнении.

Практическая значим сть работы заключается в разработке

системы нормирования расчетов НТО на сейсмостойкость и инженерного метода расчёта на сейсмостойкость (с учётом эксплуатационных нагрузок) НТО обслуживающего грузопотоки с источниками радиоактивности и ядерные части (гермозоны) АС. Теория и методы инженерного расчёта доведены до практического использования, реализованы на современных ЭВМ и внодрены в НО "Атоммаш", ПО "Сибтяжмаш", ПО "Кран", ШИИЛМ, ГХК Красноярска-26, на Разданной ГРЭС и др. Комплексы програш KKAWS, TONST ,R1SK , SPEC TR, МНМ, UkRaiv, OPTIM и ДР-• позволяют проектировщикам осуществить расчётное обоснование прочности, жёсткости, прочностной и • мической надёжности, устойчивости положения в пространство вибропрочности пространственных систем НТО при совместном действии трёхкомпонентных сейсмических воздействий и эксплуатационных нагрузок.

Теоретические разработки, приведённые в диссертации, являются существенным вкладом в теорию грузоподъёмных кранов.

Реализация работы. Конструктивные и проектные решения 13 кранов кругового действия (ККД) с социальной ответственностью для отечественных и зарубежных АХ и ACT с ВВЭР-ЮОО, BB3P-44Ü и ВВЭР АСТ-500 г/и 320, 250 и 200 т, эксплуатационных кранов для отечественных и зарубежных ГХ, - Шамалдысайской, Измирской, Йеменской и др., 12 кранов металлургических комбинатов, кранов для хранилищ отработавшего ядерного топлива и др., всех выполненных в сейсмостойком исполнении, в соответствии Норм РД 24.090.83-87 и РД 24.035.04-89 (наименование - см. выше) дали экономический эффект более I млн.руб. (по курсу 1986-88 гг.) и социальный эффект, заключающийся в обеспечении ядерной и радиационной безопасности ПРТС ядерно-опасных работ.

Лальнейшое использование и внедрение результатов работы должно осуществляться но нескольким направлениям: I. в развитии исследований сейсмостойкости конструкций ПТО по нелинейным моделям, с моделированием связей крановых сооружений с ходовыми рельсами только через силы сухого трения; 2. в направлении повышения культуры безопасности атомной энергетики; 3. Госпром-атомэнергонадзору России использовать разработки и результаты исследований при ОВХ IIPTC ядерно-опасных работ; 4. в учебной работе ВУЗов при чтении лекционных курсов "Специальные краны" и "Грузоподъёмные машины".

Апробация работы. Основные разделы работы и диссертация в целом доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических со-

ветах ПО "Атоммаш" (1984,1985,1988,1992), "Сибтяжмаш" (1986, 1987,1988,1989,1992), "Кран" (1985), Волгодонского филиала ВНИИАМ (1991), ЗЭМЗ (1991), на IX—XII научных конференциях Волгодонского филиала Новочеркасского политехнического института (Bt НПИ) (1985-1988); на IУ отраслевом (Мянэнергомага) совещании "Пошшение качества и надёжности энергетического оборудования АЭС"(1984); Всесоюзной конференции "Новое в подъёмно-транспортной технике" (МВТУ-1Э85); У Всесоюзной конференция по статике и динамике пространственных конструкций (Киев-1985); ежегодных Всесоюзных координационных совещаниях по прочности и сейсмостойкости энергетического оборудования ('>рунзо-1985, Нальчик--1986, '1>рунзо-1987, -Ррунзо-1989) ; I и II Всесоюзных конференциях "Проблемы развития и совершенствования подъёмно-транспортной техники" (Красноярск-1988, Москва-1990); конференции "Проблемы оптимизации в машиностроении" Второй Всесоюзной школы молодых учёных (Харьков-Алушта-1986); П Всесоюзной конференции по механизации и автоматизации земляных работ в строительстве (Киев-1986); Всероссийской конференции "Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов давлением" (Пермь-1990); отраслевой (Минатомэнергопром) конференции "Методы анализа брака при производстве изделий машиностроения" (Новочеркасск-1990); Всесоюзной конференции "Новое в подъёмно-транспортном машиностроении (Москва-I991); заседаниях кафедр "Подъёмно-транспортные машшш"Московского и С.-Петербургского государственных технических университетов,С.-Петербургского института инженеров водного транспорта, Новочеркасского политехнического института и на кафедре прикладной механики Волгодонского филиала Новочеркасском политехнического института. Кроме того основные положения работы обсувдалисъ и рецензировались в Госпроматомэнергонадзоре СССР, во ВШЕШТШШе, на кафедрах ПТМ КПП (Красноярск), ЛСШ (Луганск), УШ1 (Свердловск), в институтах "Атомэнергопроект" (АЭП) и его отделениях в Москво, Ленинграде и Горьком, во ВНИИАМ, ВНИИАЭС, НПО ЦКТИ, НИКИЭТ, ВНШШЭТ, ОКБ "Гидропресс", ЩШ "Прометей" и др.

Публикации. Научная работа по теме диссертации авторш выполнялась с 1974 по 1992 г. по заданиям ПО "Атоммаш", ПО "Сиб-тяжмаш", ПО "Кран", ВШШ.1, завода РТ-2 ГХК Красноярска-26, Запорожского энергомеханического завода (ЗЭМЗ) и Рэзданскои ГРЭС (Армения) и др. Lia этот период опубликовано 16 отчётов по НИР и более 60 научных статей.

Объём работ». Диссертация изложена на 475 стр., в т.ч. 103 иллюстраций, 23 табл., список использованных источников из 200 наименований на 24 стр. и состоит из введения, 7 глав и заключения. Приложения представлены отдельной книгой (275 стр.), где приведены также документы подтверждающие внедрение результатов работы.

ПРАВИМ и НОКуИ атомной энергетики (ЛИАЗ) Г-7-002-86, "Общие положения обеспечения безопасности атомных станций (АС) при проектировании, сооружении и эксплуатации (ШГ-88)", НОРШ МАГАТЭ, международный стандарт 1100-6251 -85 "АХ. М1ТИСЕ,1СШ'1ЕСК0К ПРОЕКТИРОВАНИЕ" и др. предъявляют к ¡ПО АС требование безопасности при сочетании эксплуатационных нагрузок и весьма редких экстремальных воздействий: землетрясений - вероятность максимального расчётного землетрясения (!.1РЗ) - Ю-** год-1'; проектного землетрясения (ИЗ) - 10 ; нагрузок от ударов падающих самолётов с вноп вол1Ш, - вероятность, соответствен-

Показано, что проблема сейсмостойкости ПТО АС лежит на стыке нескольких областей знания, главными из которых, с одной стороны, являются теория и метода расчёта подъёмно-транспортной техники, где ведущая роль принадлежит М.П.Александрову, II.И. Абрамовичу, П.Е.Богуславскому, В.И.Брауде, A.A.Riiincony, A.B. Вершинекому, М.М.Гохбергу, А.И.Дукельскому, В.Н.Демокритову, С. А. Дкиенкулову, В. А.Евграфоиу, А.А.Зарецкому, Ф.Зеддьмайеру, С.А.Казаку, Г.П.Ксмнину, М.Косу, К.С.Ковальскому, М.С.Комарову, Л.Д.Крук, Л.С.Липатову, Н.А.Лобову, А.Г.Ланцу, К.Д.Никитину, П.З.Иетухову, В.П.Румянцеву, В. ¡>.Семонхжу, В.Г.Соловьёву, Д.Н. Спицыной, М.Н.Хальфину, М.Ше^яору, Э.И.Шиферштейну, Н.А.Швало-ву п др., с другой стороны - теория сейсмостойкости АЭС, динамика и строительная механика сооружений, теория надёжности и приложение вероятностных методов п строительной механике, где подущая роль принадлежит Ю. 1С. Амбриашвили, В.И. Авдееву, В.В. Болотину, А.И. Еирбраеру, Г.В. Воронцову, А.З. Зарифьяну, С.П. Казновскому, Р. Клафу, В.В. Костареву, А.И. Кириллову, C.B. Полякову, А.Р. Ржаницину, А.И. Цейтлину, Х.Д. Чеченову и др.

СОДЕРШШЕ PAFOTU

но,

Выполненный литературный обзор в области теории сейсмостойкости ПТО подтверждает новизну и пионерское направление настоящей работы. В большей мере работы зарубежных учёных, -- М. Коса, М. Энгельке, У. Фишера, В. Шербана, Ф. Курта, В. Штенкампа и др. посвящены исследованиям сейсмостойкости ПТО, среди которых на I место следует поставить работы М. Коса.

Первая глава посвящена разработке методологии построения пространственных конечно-элементных РДМ м/к ПТО. В общем случае РДМ состоит из первичной системы - защитной оболочки реактора, реакция которой на землетрясение является входом для вторичной системы - ПТО, причём, как первичная так и вторичная системы оборудования первого контура АС представляют собой линейные или нелинейные системы блочных сосредоточенных масс и конечных элементов (КО) с распределёнными параметрами со многими степенями свободы. В результате анализа системы "здание АС - м/к ПТО" с сейсмическим входом на отм. 0,0 м получаем спектры реакции "пола", т.е. трёхкомпонентные поэтажные акселерограммы (ПА) или поэтажные сейсмические спектры ответа (ПСО), которые необходимы для анализа сейсмостойкости ПТО. Кроме того сам кран может моделироваться как первично-вторичная система, где первичная - РДМ м/к, вторичная-РДМ несущей структуры механизма подъёма груза, которые, в свою очередь, могут рассматриваться независимыми или связанными.

Показано, что расчёты крановых сооружений на сейсмические воздействия ЛСМ теории сейсмостойкости имеют особенности, которые выделяют их в отдельную категорию. В отличие от общепринятых расчётов, когда внешние нагрузки известны и необходимо определить только внутренние усилия, расчёт на сейсмостойкость начинается с определения внешней расчётной сейсмической нагрузки. Поэтому расчёт состоит из двух этапов: на первом требуется определить действующие на конструкцию внешние нагрузки - расчётные сейсмические силы, на втором - нагрузку распределяют по элементам и определяют внутренние усилия. Б соответствии с этим требуется выбор двух расчётных моделей: первой - динамической, для определения внешних расчётных сейсмических нагрузок, и второй - статической.

(формулированы принципы построения РДМ м/к ПТО: I. Неправильный выбор РДМ, аппроксимирующей действительную физическую работу кранового сооружения, приводит к тому, что из строитель-

ной механики берётся лишь внешняя форма расчёта, а весь расчёт приобретает схоластический характер. 2. Устанаишваются ключевые устройства ПТО, как подсистемы, при анализе его как системы, ввдтри последних также должны быть определены ключевые устройства, обеспечивающие миншальное необходимое их функционирование даже в условиях самих сильных землетрясений до №3 включительно. 3. При построении РДМ учитывают формы разрушений и деформаций м/к ПТО при землетрясениях, подтверждающихся опытом инженерной практики. 4. Антисейсмическое проектирование ПТО I и II КС проводится по РДМ, учитывающим пространственный характер работы м/к и механизмов, таких, чтобы доказательство прочности, надёжности и устойчивости гипотетической конструкции повлекло ещё большую доказательность прочности, надёжности и устойчивости действительной конструкции. 5. Разрабатывать такие РДЛ ПТО, пользование которыми не приводило бы к отрыву антисейсмического проектирования от общего процесса проектирования кранового оборудования, которые, наряду с прочностью, устойчивостью и безопасностью, обеспечивали бы его и экономические достоинства, так как в ряде случаев можно ожидать, что физический и моральный износ конструкций ПТО произойдёт раньше, чем произойдёт зомлотрясение. 6. Разработка нескольких аппроксимирующих моделей работы конструкции, каждая из которых имеет свои границы применимости. 7. Для передвижного ПТО рекомендуется учитывать как переменные эксплуатационные состояния, так и скольжение и качение ходовых колёс по их рельсовым путям, если оно не блокировано противосейсмическнми устройствами.

Показано, что применительно к ЖЭ, вектору деформационных воздействий тонкостенного стержневого КО ¿К, рда м/к

соответствует вектор внутренних усилий

где - линейные перемещения узла; Чх(У> - угол поворота; 92

и б'г - угол закручивай:!я и производная от угла закручивания (депланация); подстрочные индексы х, У иг обозначают оси местной системы координат (МС'К) ОХУ2 ; т _ индекс транспонирования матриц; - поперечные и продольная силы; Мхеди Мг - из-

гибающие и крутящий моменты;6 - изгибно-крутящий бимомент. Следуя совокупности принципов и теоретических предпосылок построе-

ния РДМ м/к со многими степенями свобода, устанавливаемыми с учётом зависимостей (I) и (2), в диссертации подвергнуты качественному анализу РДМ широкого класса ПТО - кранов (рис. 1.2) перегрузочных машин (рис. 3), транспортных станционных платформ и манипуляторов различного назначения. Среди многих решений, приведённых в диссертации, укажем на влияние уровня идеализации системы, - в балочной модели крана г/п 16 т до 30 Гц теряется информация о 10 формах и частотах колебаний (см. рис. 2 а ,б ив), а учёт распределённых масс, - по сравнению с сосредоточенными, для РДМ перегрузочных машин (см.рис. 3 г) дополняет неполный спектр СЧ (до 50 Гц) с 4 форм колебаний до 10. Приведённые результаты исследований качества РДМ м/к ПТО представляются убедительными, будучи дополнительно проверенными как практикой проектирования и изготовления ПТО для АЭС, так и экспериментально, а топология .РДМ достаточно просто реализуется в программном продукте KRAnS , TOW ST и RISK , удовлетворив всем требованиям задач решаемых на пути достижения цели диссертационного исследования - разработки теоретических основ расчётного обоснования сейсмостойкости ПТО.

Вторая глава содержит теоретические положения и принципы построения РДМ несущих структур механизмов подъёма ядерно- радиационно-опасных грузов с использованием многоступенчатого итерационного процесса - от жёсткой модели с одной степенью свободы до РДМ систем подъёма с податливыми звеньями с учётом деформаций звеньев и кинематических пар со многими степенями свободы (до 40-50). Показано, что число степеней свободы несущей структуры системы подъёма обусловлено необходимостью изучения её низкочастотного спектра - в пределах до верхней частоты сейсмических воздействий, что составляет 30-50 П*. Многие видные учёные трудились над совершенствованием методов расчёта механизмов вообще и крановых механизмов в частности: В.Л. Вейц, М.Д. Генкин, Ю.А. Державец, ll.il. 0лельянов, С.А. Казак, А.Е. Качура, Л.В. Коновалов, H.A. Лобов, В.Г. Соловьёв, И.О. Спицына и др., однако даже в монографии И.Л. Емельянова и др., посвящённой механизмам управления ядерных реакторов, проблеме сейсмостойкости механизмов внимания не уделено, что объясняется новизной поставленных задач.

Иоследованиями показана целесообразность и достаточность двумерных РДМ ядерно-опасных механизмов подъёма I КС, в которых колебания тел расчётной модели рассматриваются при конечных

РММ крана тмЬого ЫстЬия (ККЛ)МО*<50/2*70т сьрийнш АЭС с /запором ЬЬЗР-ШО

шал крана

\М>

К9 -47

у Транспортируемый груз

Анализ, неполного шктра СЧ крана г/л М,111Хп)

узла сЬмш ядерного т^У^Ю^Ляау а щоа)

й - РАМ крана ; 5- 2*-пасса 1ая РДП; I- спектр £4; 1- поРДН рис.2 а; ¿-то же. но с абсолютно жшкими пд.пмж.; 3-по рдм РиС.ВБ (рормы кшб. //«к,В)

Рис. 2.

Анализ РАМ металлоконструкции МП МПС-/3-Ш0-3- у 4,2 серийных АЭС с 6ВЭР-1000

/ \1вг Числа уш 1-194 Числа кэ -

> ят1-!б

Цисл» К» -1&

I

л X

&

л

1 л к

* 1

д*

>

1 Л Формы кр^Оз

^ 6 О <0 <2

а- РАМ МП-1000 с сосредоточенными массами; 5- то же , с распределенными ; 6- ЛСО ; г- спектр СЧ: к'- РАМ рис. з а , ПЛ- РАМ рис. 3 6

' Рис. 3

плоско¡араллельных перемещениях их центров масс и коночных углах вращения, по которым можно проследить поведение несущих структур механизма на всех стадиях его работы, - от упругой до разрушения его элементов. 3 них учитываются: Í) изгибные и крутильные колебания валов; 2) податливость подшипниковых опор; 3) податливость зубьев зубчатых породач; 4) упругие характеристики канатов полиспастных счетом; 5) массы зубчатых колёс при поперечных колебаниях валов, причём распределённую массу валов рекомендуется приводить к центрам масс колёс; 6) массовые моменты инерции валов и колёс при вращении и крутильных колебаниях, причём момента инерции валов приводятся к моментам инерции колёс; 7) массовый момент инерции барабана при вращении и крутильных колебаниях; 0) массу барабана при изгибных колебаниях; 9) момент инерции ротора электродвигателя при вращении и крутильных колебаниях. Установлено, что наиболее неблагоприятным транспортным положением грузовой тележки с механизмом подъёма груза следует считать для кранов с гибким подносом груза у края моста, при котором расчётный вертикальный ПС0 принимается одинаковым для РДД как м/к, так и механизма подъёма груза. Сформулированы подходы моделирования элементов несущих структур: валы зубчатых передач редукторов и зубчатые зацепления представляются системами с сосредоточенными параметрами: жёсткостные, инерционные и дассипатишшо параметры балочных валов приводятся к точкам крепления колёс; при моделировании зубчатых зацеплений учитываются как изгибные п крутильные жёсткости валов, так и податливость зубьев зубчатых колос. Тоже - в планетарных системах, но изгибной податливостью валов солнечных колёс и осей епттоли-тов допускается пренебрегать. Горабаны механизмов подъёма груза, вследствие их большой жёсткости, допускается представлять абсолютно жёстким телом. Канатные полиспастные системы механизмов подъёма груза представляются системой с сосредоточенными параметрами, где учитываются как колебания груза и подвески в целом, так и колебания отдельных блоков на деформациях канатов. Проскальзыванием грузовых канатов по блокам пренебрегаем. Моделирование элементов несущих структур механизмов неразрывно связано с установлением обобщённых координат (OK) РЖ Практическую реализацию схематизации сложных систем подъёма в работе предлагается проследить на Р^/Л механизма подъёма ядерно-опасных грузов г/п LG0 т ;q>uua крупного действия (1СКД) v/u 320+160/2x70 т серийных АОС с ВЗЭР-1000 (рис. 4) и такого же назначения механизма

г/п 250 т ККД г/п 250/32/5 т Л00 ^у рагу а" (Куба) с ШЭР-440 (рис. 5). IIa рис. 4 легко прослеживаются как подходы в схематизации механизмов, так и их OK, где следует учесть, что редуктора систем подъёма 160 т и 250 т одинаков» (см.рис. 4 и 5).

Настоящий разработки реализованы в программном продукте по имени МНМ, а их практическое использование в прак-

тике НИПКТИ ПО "Сибтяжмаш" показало, что низкочастотные колебания в механизмах подъёма груза, совпадающие с низкочастотным спектром сейсмических ускорений, имеют место в основном в по-лиспастных системах и генерируются на упругих деформациях грузовых канатов, но на их частоты и формы колебаний непосредственное влияние оказывают и колебания зубчатых колёс редукторов на нагибных и крутильных податливостях валов и податливостях зубьев колёс и шестерён, что в численном выражении составляет 10-15$.

Третья глава посвящена развитию теоретических положений детерминистического и вероятностного моделирования эксплуатационных нагрузок и сейсмических воздействий на входе с целью качественного вычисления внешних расчётных сейсмических нагрузок на несущие структуры м/к и механизмов грузоподъёмных кранов. Показано, что модели воздействия зависят но только от характеристик воздействия (эксплуатационные нагрузки), но и динамических свойств конструкций (сейсмические нагрузки) и что фактор оценки взаимосвязи конструкций Г1Т0 и сейсмических воздействий менее изучен, - к нему следует отнести прежде всего спектр реакции PJW м/к на сейсмические воздействия, зависящий как от динамических характеристик конструкций, - спектра СЧ колебаний, так и от частотного состава землетрясения.

Особое внимание в работе уделено межузловым эксплуатационным нагрузкам, - распределённым, от собственного веса и др., в общей для РДМ системе координат (OGK) 0XVZ. , приведённым к узлам i (I = I.....j ,...,к ,...,u). Для КЭ ¡к , жёстко скреплённого с узлами РДМ м/к,нагруженного линейно распределённой вдоль оси *(.у,г) М® oxyz нагрузкой,меняющейся от fyx«,*) в на~ чале j КО j'k до значения С^у г) в конце к , компоненты вектора межузловых нагрузок

РАМ сдбоеннай полиспастнай системы с тремя под-¿иЫсными ¡лаками 8 каждой (механизма подъема груза 2S0m ККй г/л 250/32/5 АЭС с ЗвЭР-ИО (АЭС„Курагуа" С Ку Sa)))

Рис. S

получены вариационна'/, методом, как производные от потенциала внешних сил U(n) , приложенных к KDjk , где

Ruau^/av,., Lj- 1,2.....7; Ri^ôu^/av^.t^a.g.....(4)

eiK

♦^CKO-lVz^-iaîê.-e'czMj}^11, (5)

где - интенсивность распределённой нагрузки по оси x(.ij,z.)

в МСК; ë<t4) - эксцентриситет задания распределённой нагрузки с\ в МСК; (Хжсч) - координаты центра изгиба КЗ относительно осихсу); Wc - секториальная координата точки сечения, через которую проходит распределённая нагрузка qz ; V¡. - компоненты вектора обобщённых перемещений (I) концов КЗ jfc в МСКохуг - проекции ¡перемещения центра изгиба поперечного сечения КЭ на оси

ífc

МСК'Х:, у и 2 и угол закручивания (вокруг оси z ); е - длина КЭ, a ZJK - её текущая координата. Компоненты вектора (3) имеют вид матричных формул (6) и (7). Рассмотрение эксплуатационных нагрузок на м/к ПТО АС завершается моделями температурных воздействий и нагрузок от начальных несовершенств КЭ и осадок рельсовых путей (разрушений элементов ходовых устройств).

Изучено и обобщено состояние детерминистического, подуве-роятностного и вероятностного моделирования входных сейсмических воздействий, вероятностные-носящие в своём большинстве чисто теоретический характер. Дополнительно разработаны вероятностно-статистические модели сейсмических воздействий, которые чётко согласовываются с концепцией конечно-элементных расчётов IIT0 АС и дали возможность вывести расчёты на сейсмостойкость IIT0 на уровень теории надёжности. Вероятностное моделирование сейсмических воздействий (СВ) осуществлено при следующих теоретических предпосылках: I) нестационарной случайный процесс землетрясения заменён стационарным с длительностью эффективной фазы землетрясения Тэ , нулевым средним, дисперсией Q¿ , корреляционной функцией (КФ) Kq.CC) и (функцией спектральной плотности (ФСП) Ga(co) (т.е. как функция частоты), - на том основании, что редкие и сильные землетрясения имеют ярко выраженную интенсивную фазу средней длительностью £э = 6с, на времени которой СВ является отрезком стационарного случайного гауссовского процесса; 2) СВ, заданное акселерограммой a(t) , имеет нормальный закон распределения; 3) землетрясения каждого класса (ИЗ и МРЗ) рассматривают-

[(7 ú+3¿H/20 + (¿-fi)ex/2] H7Ú + 3ÚH/20 + (<}{- ¿Je;/2J ICzçi^J)^]

с (7¿ - з ¿/ю - ( -

x(ey -aJt/20 -(<jtg-£)eù)c//2]

с '( ■3 * 2 ^ - вгд J í a/50 - (Jftf * 2 )

OkjM J

^ H

(6)

C + + - //2 J Uztf + stfk' êK\

U )(?,-*<) </*0 - (3 9i ♦ X

*(eä -dy)t/20 - -£)icúc hz ] " (ex - ax k'/so f(cj¡z- tf) <'u)c h 2 J J. (7 )

ся, как события служащие источником аварийной ситуации и образуют'случайные потоки с известными вероятностями их осуществления за срок службы Т = 30 лет ПТО: Ver (П3)=3-ГО-1; Ver (MP3)=3-Ю-3; 4) землетрясения, как и возможные аварии (отказы) при нём, являются событиями в пуассоновском потоке, когда вероятность Р осуществления к событий одного класса в течение отрезка времени [о,Т]определяется формулой Пуассона. Установлено, что качество расчёта на сейсмостойкость ПТО зависит от качества математических моделей OB. Следуя вероятностному моделированию, средне-статистическая и вероятностно-статистическая акселерограммы, в т.ч. поэтажные - БСПА, ансамбля реальных землетрясений имеют вид, соответственно:

<aK> = <alt^ + nPs<ülu>; (8)

сц =<ак> +up(6-ft|tK) + ü^p(Sa|tK), О)

2

где Up,q,p - табулированные значения квантилей нормального и - распределений, соответствующие доверительной вероятности Р ; <a|ti^« 6ü|tK - среднее и среднеквадратичное значения ансамбля в момент времени t* действия землетрясения; б^ц^ - среднеквадратичное значение среднего. В работе показано, что акселерограммы (8) и (9) эффективны при построении вероятностных IIC0 на уровне установки ходовых путей кранов. При этом независимые уравнения движения в главных координатах решаются один раз, а полученные значения реакции Ym(t) по m форме колебаний систем будут приняты с доверительной вероятностью Р . Однако, такие ПСО учитывают статистические параметры СВ, но не учитывают его длительности и вероятности P(S¡|cl)возможного превышения на времени Гэ действия землетрясения класса реакцией колебательной системы ym(t) значений некоторого предельного уровня Ym-= aín • Для простой линейной системы с CI сОт по теории выбросов

P(Sj |a*) = exp{-(cümf3/23r) expRa*m)Wm (I0)

где 6Y - дисперсия перемещений Y(t) м/к крана на выходе. Наиболее выгодно, как показано в диссертации, определять с использованием основного соотношения теории случайных функций -зависимостью между' ФСП "входа" (определяется как косинус-преобразование '¡уръе К5 K(t )) и ;¿CI1 Gi(¡o) "выхода"

б* = f GyCoj)dw = Js^(w)|| HMl|2dio, (II)

0 °

где H(ia)j - частотная передаточная функция. Решение (10) относительно уровня &т при с учётом (II)

а* г P(Sj 1 а*))](12)

позволяет построить вероятностный ПСО, соответствующий вероятности (10) безотказной работа конструкции (рассчитанной на ускорение а* ) которая может быть и нормативной Р* . Установлено, что ПСО (12) с учётом срока службы Т = 30 лет конструкций ПТО и заданных для промплощадки АС интенсивности сейсмических воздействий ")(= = 10 и сейсмического риска Q* - < - P(S.jiQ*) = <0 ь

а* -e^.^aUG^Mif"XT)/(arQ^]}0', (13>

в среднем на 40% уточняет (в сторону умоныпения) заданные проектировщиками АС детерминистические ПСО.

Четвёртая глава посвящена теоретической модели инерционных, жёсткосттшх и демпфирующих характеристик пространственных стержневых м/к грузоподъёмных кранов и др. систем ПТО с учётом распределённых масс и геометрической нелинейности со многими степенями свободы и разработке на её основе эффективных вычислительных алгоритмов, - программных средств KRAWS.TOA/ST , следуя цели работы. Матричное дифференциальное уравнение сейсмических колебаний систем ПТО п. порядка

([МрМ Mc]){v(t)}+Сс] [Щ + ([к.] - [ к ]) [vet)} + (14)

v(t))} ={RP} -([Мр]+СМс])[сол} a(t),

включает матрицы [мР,Ис,С,КмК ] - распродолётшх и сосредоточенных масс, демпфирования, линейно-упругой жёсткости и геометрической жёсткости (компонентами которой являются начальные усилия в алемонтах конструкции, зависящие от внешней эксплуатационной нагрузки на колебательную систему); вектора {V(t),R(v(.t),V(jO), Rp,coi} _ перемещений, сил и физически нелинейных связях системы, эксплуатационных нагрузок и направляющих косинусов входного СВ Cl(t) . Из уравнения (14) вытекает ряд частных случаев: уравнение вынужденных линейных колебаний -

уравнения свободных недемпфированных колебаний

(СМр]НМс])1уа)}+(Скв]-Ск1)^и>} = (к)

и уравнение статического равновесия геометрически нелинейной системы

(16)

решение которых в работе осуществляется итерационным методом. Кавдая из матриц из (14), например, распределённых масс полной системы

а

формируется методом суперпозиции из блочных матриц масс отдельных ^'к тонкостенных КЗ, число степеней свободы которых соответствует формуле (I):

[ГОрЬх«"

ЙЧ4

[^7X7

1^7

(18)

где Зкэ - число КЗ в РДМ полной системы. Установлено, что исследование геометрически нелинейных систем п. порядка рационально проводить шаговым способом, что позволило эффективно решить две важных для целей исследования задачи по существешюму повышению точности вычисления внешних расчётных квазистатических сейсмических нагрузок но т. форме колобаний

(19)

на системы м/к кранов в рамках ЛСРЛ теории сейсмостойкости, где в (19) С^З-СМрЗ+^сТ.^т} - собственная т форма колебаний системы ;&тх(уд) - сейсмическое ускорение трёхкомпонентного (%,Ч,1) ПСО, соответствующее СТ1 рда м/к крана. Первая задача - уточнённый деформационный статический расчёт пространственных м/к с использованием теории тонкостенных стержней по уравнению (16)

(Е ад - + = М , (20)

где матрица геометрической жёсткости СК^] , зависящая от внутренних усилий каждого ¿к КЭ

{о )}окчг=^Кв1вхчгСт^1У }огуг >

формируется только при = 2 (при I = I [Я^)]=[0] ), а вектор нагрузок в (21) формируется по формулам (6) и (7);[ТаК} - матрица преобразования координат. Вторая задача - оценка влияния статических нагрузок, наиболее характерных для грузоподъёмных кранов^на их частота и формы собственных колебаний посредством решения уравнения (15) в виде:

-4, - V - Г т (22)

[м] ([КоЬСк^СФЗ-СФЗСЛЗЧ0},

в котором произведение матриц [м! и отражает влияние

эксплуатационных от собственного веса и др. статических нагрузок на частоты колебательной системы. Показано, что поскольку транспортируемый кранами груз может достигать 60-70$ массы крана, то для и/к высоконадёжного ПТО АС, обслуживающего грузопотоки с источниками радиоактивности, выполненного из стержней открытого профиля пренебрегать матрицей [КЗ в (22) недопустимо, - её влияние составляет в среднем 30-35$; из стержней замкнутого профиля (коробчатых) - влияние матрицы СК] .-(около 1015$), рекомендуется оценивать дополнительным расчётным анализом. Блоки матрицы [Я] , аналогичные блокам формулы (18), сыгравшие важную роль в достижении цели диссертационных исследований, приведены в матричных формулах (23)-(25).

Изучение демпфирующих характеристик м/к и механизмов ПТО показало, что модели пропорционального демпфирования (МИД) нашли наибольшее распространение в инженерных расчётах, их достоинство обусловлено ростом популярности численных методов в теории сейсмостойкости, в рамках которых МПД приводит к разложению уравнений движения колебательных систем при землетрясениях по формам колебаний. Практика расчётов показала, что с незначительными отклонениями в достоинствах хорошим качеством обладают модели Рэлея, Кафи, Двдоппо, Рассказовского и Мартемъянова, Клафа и Пензиена, Цейтлина. Установлено, что от модели

to

C\J

f 1 ■a Ь i ^ < • i -* о V ^ О • + О о . » Ö Д о4 i 4 S. -i a» ^f O . 1 л V < - s ^ < V ** «o д 4 ^ - V? ï i £ ^ ^ 5 < < < i i» 1

4 V + "ч! ы í 5 i V V» < ч» ¿о —i ч О tr 1 «о С^. i О -S *> N Í4 V4 •ÎL 1 i «M V* 'O ü. ^ O 4 * + 1 V V ^ 5 ' ^ ^ ? & 'W í? «Î. < 5 Vo4 <o 1 1 4- t •*> * j«* «o < < + Л § * w ^ í:

О О о CM 1 * ^ л ¿ ^ § $

о S • С=> "V см • O ? ♦ 1 J i Jî ^ г V < ч-

о C> O c>

S Ч) 1 о O 1 O - i* ^ Л • * V 5 £ ¿ ^ ^ 4> V v" + ъч « ^r

ч> 1 О о o Çj Ï д. V ^ 3-* + * V ^ ^ $ ^ V i ■i o < ^ ' .J

Nr.

A

•s

•г

см

1 ч \ > «? i м i i -J---- + V а i ^ 1 + 1 о Jo -X fo —i «V. ^ о" 1 < •i. i __ о "V -Si о "г - 1 CJ Jo Э X V ^ >- < "г 1 + Jo s -г; N »! u, + « ¥ v ^ . ♦ «о 'S J?: t* ^ ¿л *v. S i * >

V + ЗГ S 5 > M" i i 4 1г 'V $ -г + о ■SS V 1 V 3 ^ + -к ■Si + .г4 + «о * « <г? «О ¿5. 4- А < J -1 Q • V: î:

о о о С) «V. к ч- S О >Г* 1 у i Í + А 4 Д tj1 jo Ч< • X 1

О ÏN 1 о о о à ; « С о ¿ V ^ 1 « ■+ о 1 JP " о Г" V tj »-г А * ^ — к 1

о о о о о о О

о Jo 5Г to о с. V- 3* о 1 _ ч A JTÍ, jo < ? , tf S £ о Ä, «м «о 1 x ^ ' 3- + S » о •Г ^ « M +

"V «о ï ч> о о О Q) 1 Д. 'ч! -Г * -ÎQ < 5: «и H i s О ? -i M to 1 X . ч- V ^

lie

m см

+ «s ч о î: < g o" О «M N 5; ^ a M" •i • о Э i» »-Г 1 ■* d g • < 5: V < S 4. rs ^ -i^ «M s ^ Í "V ^ < 1 t + » £ fVV ^ * cil ^ << < i t4 + i

s ^ ix ^ > £ -Si JG* V. s ^ tf s 5 ? о • if V â s 1 • ç ? s V 4 > i l-è $ Ъч Г"4 ü1 • fv^ fv -S. ^ ¿¿ ÍJN «O4 «О • i •*■ i 5 Jf» « 'Vi« * s!" < i i

i о сэ о V- «M 1 i S tî., Л KSTV" ö NT < о ¿ "^r -Si ^ , Л ^ 3 î . > ~~~--i« o a v?» X jo ^г- г. 42. v <м ч H 1

Q> ï о £ ч" • 1 о ^ S «M ^ ij* V? 4. SP 1 X ^ 1 ^ *- % + о 0 ^ <¡r ?

Ci о Ci Ci Ci

CD «H «o i о о ^ + 4. s. ? * ' S ^ ^ ^ ? V vi: * «

3? <o 1 О о Ci о t £ 4 ? + « ^—3-^------J_ • - - s -i о jj1 "V ^ *

.м п «г , г* IV:

наиболее просто перейти как к принятой на нормативном уровне модели Цейтлина с частотно-независимым внутренним трением

так и к модели независимого вклада параметров затухания по щ форме колебаний

где [Г] - матрица потерь, - параметр демпфирования по т форме колебаний.

В пятой главе представлена разработка теоретической модели пространственных несущих структур механизмов подъёма ядерно-опасных грузов грузоподъёмных кранов АС со многими степенями свободы и её реализация в методике моделирования на ЭВМ их ре-дукторных, тормозных и пространственных полиспастных систем (см. рис. 4,5) на действие сочетания эксплуатационных нагрузок и вертикальных компонент поэтажных сейсмических спектров ответа. Эксплуатационное состояние грузовой тележки - у края пролётного строения, - при переменных высоте подвеса груза и массе транспортируемого полезного груза.

Доказано, что теоретическая модель - это не только уравнения движения и равновесия, но и дополнительные условия, устанавливающие границы их применимости. Вследствие громоздкости, осуществлён переход к матричной форме уравнения Лагранжа, в связи с этим в основу модели положены методы вычисления кинитичес-кой и потенциальной энергий, а диссипативные свойства механизма учтены на уровне вертикальной компоненты ПСО, причём логарифмический декремент определялся по методике Н.И. Григорьева и К. Д. Никитина и принимался равным 0,3-0,5, где меньшие значения соответствуют механизмам подъёма с низким коэффициентом использования.

Полные кинитическая и потенциальная эн^гии несущей структуры механизма подъёма складывается из энергий колебаний валов, роторов электродвигателей, зубчатых колёс, барабана, полиспаст-ной системы, грузовой подвески и полезного транспортируемого груза. Вычислительный алгоритм исследования реакции несущих

(27)

(28)

структур механизмов подъёма на землетрясения основан на JICM теории сейсмостойкости и, кок оледотвие, решении чаототного уравнения типа (15) и вычислении внешних расчётных квазистатических сейсмических сил по формуле (19). Процедура алгоритма реализована в виде программных средств МНМ, с помощью которого методом вычислительного эксперимента проведён анализ сейсмостойкости механизма подъёма груза г/п 160 т ККД 320+160/2x70 т АЭС с ВВЭР-МОО (рис. 6,7,8 и 9) для случая вертикального воздействия №3 9 баллов, ПСО которого на оплетке 51,0 м блока АЭС с ВВЭР-ЮОО с величиной относительного демпфирования^ = 6,35$ (¿>j = 0,4) показан па рис. 6 6-9 б.

Дяияние массы полезного транспортируемого краном ядорного груза, меняющегося от 10,0 до 40,0 т, далее с шагом 40,0 т: 80,0; 120,0; 160,0 на величину коэффициентов сейсмической перегрузки kr,Кк и kj соответственно для груза, канатов и зубчатого зацепления последней (тихоходной) передачи редуктора механизма подъёма груза г/п 160 т, (см. рис. 4), показаны на рис. 6 а-8 а при длине канатной подвески iK= 5,0; 20,0 и 40,0 (м), где kr-sV^r ; кк= SSk/Sk ; kf^/s^; аБг,$ки$ь- соответственно, усилия на груз, в канатах и в зубчатом зацеплении, а надстрочные индексы s и э означают силовые факторы от сейсмических воздействий^) и эксплуатационных нагрузок(э). Результаты вычислительного эксперимента показывают, что при прохождении МРЗ 9 баллов нагрузка на груз, канат и тихоходную передачу редуктора, т.е. коэффициенты кг, Кк и Kjувеличиваются в среднем от 1,0 до 2,0-2,5. Исследования влияния массы транспортируемого груза (от 10,0 до 160,0 т) па величины СЧ Р.ДО механизма подъёма груза по второй и по третьей ^ собственной форме (СФ) колебаний (рис. 6 6-8 б) и влияния изменения длины 1К канатного подвеса транспортируемого груза от 5,0 до 10,0 м, далее с шагом 10,0 м: 20,0; 30,0; 40,0 м как на коэффициенты сейсмической перегрузки кГ)Кк и кА (рис. 9 а), так и на СЧ UJ^ и о;5 колебаний механизма (рис. 9 б),позволяют убедиться в значительном влиянии изменения эксплуатационного состояния на генерируемые механизмом внешние расчётные сейсмические силы, особенно по второй формо колебаний (зависимость СОг)• ~ более чем в 2 раза. Показано, что полученные решения не только представляют собой инструмент для проектирования механизмов подъёма сейсмостойкой крановой техники, но и ставят новые задачи для дальнейших исследований, главной среди которых следует считать изучение сов-

Влияние массы транспортируемого грума на величину не»р-

(рициентоб сейсмической перегрузки kr,kK и kj и на СЧ 6), и &it для нехани* м а сндъема груза г/ п <60 /п

(м-рис- 4 J при 1К*$0м

Влияние масса транспортиру »поп груга: на S »личину

кокррициенто! сейсмической peptfpyiKu kr, k„ и и на СЧ cj, и cjg для механизма noästMd груз*

r/nfSûm (см. рис. 4 )при {к « 20,0 м

s,5 2,0 is 1,0 о, S

1____»

i a kr * kg *kî

— mr

и

S <0 is*k'lo

№ 1 л a

К lr* JL2 W/.

mr

a-kr,k„ ч ky ; 5- СЯ о), и U,

г,5 2,0

',0

0,S e,<S

Û к

■—i a

\

: i à ky

— mr

S 30

ГЦ

20

НО

íi)

S / н/сг2)

\ -h*- — a

s%)

Рис. 6

m, —.

о- kr, kK и kj S- СЧ ù)2 и О, Рис, 7

Влипнив массы транспортирами груза на ¿ели чину конр<рициенто6 сейсмической перегрузки kr, k„ и fr» и на СЧ Ot и 4)j Are механизма

подзема груза r/n ISO т (см-рис при 40,Он

Влияние длины канатного поЗ-беса грула на величину дсмр* фициентоб сейсмической перегрузки kr/ kku и на СЧ üt и б)$ для механизма noitt-ма груза г/п Mr (см.рис. 4 ) рри mr* iso,o г ' const

а

окг 4 fa

Г

mr

19

s

м Штш 10 20 H/t? SO

а

^псо 35%J

1

40 40 во 120 Т №0

/Лг---

а- kг, кК и к.

<г-

СЧ Ыг и ü)j Рис. 8

а

ITS 2,3

2,0 и

<,о

0,5

5"

30

Гц

и

окг Akf

t*

4 » $0 м tt

5 10 iO м/с'зо

\ о -

\псо 'I-W

ч

в <о Й зам 4в

а - к.

ff-

rt кК

и kt

СЧ и Q, Рис. 9

местной работы м/к и механизмов прп сильных землетрясениях, второй - исследование безопасности ядерных грузов на канатных маятниковых подвесах, в частности, - контейнеров с отработавшим ядерным топливом при их перегрузке в условиях различного рода волновых процессов, причём контейнер, как жёсткое тело, должен обладать шестью столенями свободы.

Шестая глава посвящена разработке математической модели устойчивости положения в пространстве колебательных систем 1ТГ0 при землетрясениях. Установлено, что со стороны набегающих сейо-мических волн будет происходить разгрузка (фундамента здания АС, ого реакция будет умоншаться, а с противоположной стороны произойдёт порегрузка, вследствие чого здание с краном будет раскачиваться трёхкомпонентним сейсмическим воздействием АхСО.Дч^А/*) ?то может привести к перемещению (соскоку или сдвигу) заторможенного крана по рельсовым путям или опрокидыванию, - как крана з целом, так и его грузовой теложки. Показано, что полученные решения являются дальнейшим развитием работ A.A. Зарецкого. Теоретическая модель собственной и грузовой устойчивости включает юэтажный анализ реакций крапов, моделируемых: I. материальной точкой (плоская задача); 2. системой материальных точек; 3. системой твёрдых тел (мост и грузовые тележки), - последние - про-¡транственные задачи. Кран г/п 16 т (по модели I) узла свежего [дерного топлива АЗС "Хурагуа" (см.рис. 2) в условиях землетр -¡ения Элъ-Центро получил горизонтальное смещение на поверхности ;ухого трения заторможенных колёс 7,6 см, о высота его подскока ¡оставила ~ 0,1 см. Тооретическое решение по модели 2

ip./iM^-^lKAezCO-^Kt/^),

стойчивости крана через переносное (индекс е ) сейсмическое ус-орение позволило уточнить (с точностью до знака) аналогичное ешенио Норм Югославии 100 Г.! ДТ.046

„ , (30) до НКр.,т„ - масса крана и подвески (тп = 0 для кранов с жёст-им подвесом груза); j - коэффициент сухого трения;^ = 9,81 м-с-2; *с = 0,95, = I, I-коэфТмциенты условий работы и надёжности кра-а по назначению в расчётах устойчивости (по методу предельных остояний). По модели 2 выведена также формула условия устойчи-эсти от опрокидывания крана (грузовой тележки) :

т Ае, [2 ^р^^,)]^3!)

где выражения в квадратных скобках неравенства (31) слева и справа представляют ообой, соответственно, величину опрокидывающих и удерживающих моментов: 14с - удаление центра тяжести (ц.т.) крана от ребра опрокидывания по виооте;р - радиус инерции крана; о(. - угол наклона к вертикали перпендикуляра к ребру опрокидывания, проходящему через ц.т. крана; Аеу - горизонтальное сейсмическое ускорение вдоль ходовых путей крана. Условия (29) и (31) обсуждались на нормативном уровне и получили признание надзорных органов.

В модели 3 (рис.40) свободное твёрдое тело (мост,тележка) с наложенными на него упругими, в т.ч. включающимися, связями -- мост с ходовыми путями, тележка (одна, или несколько) - с подтеледечным рельсом, имеет 6 степеной свободы, - 3 соответствуют поступательному движению центра инерции С; , 3 - вращательному вокруг центра инерции С; . РДМ крана (рис.10 а) отнесена к ОСК охуг , а каждое твёрдое тело ¿=4,к - к поступательно движущимся и вращающимся вместе с телом осям С^У^ и С^Х^^, связанным углами Эйлера ^ б; (рис.10 б). Тогда положение моста и грузовых тележек будут определяться вектором:

Мбк*Г С,г %% 0, Си.. .С«хскгскгмк8к}. (32)

Кран с массой моста и грузовых толежек ЬЦ(1г2,к) , - при одной грузовой тележке 1_ = 2,. опираются на_упругие связи - ходовые тележки, - } = 1,4. На массы N¿(1=1,к) наложены связи = 5,8 (рис. 10 д,е) и включающиеся связи ^ =9,12 буферных ограничителей их перемещений. Природа связей ^ = 1,8 - силы сухого трения, подчиняющиеся закону Кулона, кроме того связи = 1,12 - включающиеся связи. В основу теоретической модели устойчивости положены уравнения Атолл: если силы взаимодействия моста и тележек в 0КУ1 для 1= I и вСХ^Х, для I = 2, к обозначим

, (33)

то уравнения 3 порядка поступательных сейсмических колебаний центров инерции будут:

= [Р^-дм^ц-¿=т< , (34)

4иыамич»ска* мадам крана при расчете на ycmoù4uSocrrn наложения S Sude сие тми miepâux ты 1 . tгл ___<гп

Рис. i О

vtyzzzn

гдо^г} -{0,0,1} ; - 9,81 м с-2; ^ - коэффициент относительного демпфирования упругих связей моста с основанном для I = = I и тележки с мостом для I = 2,к ; центр

тяжести/! тела;^} - результирующий вектор сил, действующих на [ тело со стороны других тел и определяемый чероз силы (33), учитывающие как силы трения, так и реакции в связях;[А(¿)} = {А*0 А^(0Аг(0} - трёхкомпонентная акселерограмма землетрясения. Для модели рис.Ю а

М=-! КНМЧ^}; ! ЦК лГ- «¡^{у,

г1

где М2й - масса транспортируемого груза на гибком подвесе. Динамические уравнения вращательного движения твёрдых тел РЛМ (рис.10 а)

где , (Л= - ость производив , вычисленная в системе

координат С; Х;.?;.!;.; {$¿1. (¿-<7^ ~-'а моментов сил, дейст-

вующих на (. тело относительно сно^ координат •

Здесь Рц^.П. и 1x1 координаты угловой скорости {и)(.} и

массовые моменты инерции ¿. твёрдого тело в системе координат

Обсуждены возможности теоретической модели - от анализа условий опрокидывания тел в системе, или в целом системы тел, до соскока и сдвига моста или теложпк с рельсового пути при землетрясениях. Если в модели устранить связи противосейсмичес-кой защиты (рислОд.е), то она отразит грузовую и собственную устойчивость кранов общего назначения. Реализация теоретической, модели программными средствами и КЙЛ^ показана для ГОД 250/32/5 т ЛХ' "Хурагуа" па отм. 45,5 м при декременте = 0,2, коэффициентах трения скольжения 0,2 и качения 0,05 при прохождении трёхкомнононтной поэтажной акселерограммы землетрясения Зль-Центро. 11а рис. П приведет; результаты численного

интегрирования уравнений устойчивости (34), - мост в осях 0011 Ол У 2 > тележка - в подвижных осях С,Х,7< ¿, . Кроме оцошси устойчивости моста и тележки крана при поступательных смещениях, следует важный вывод: вследствие малых смещений, - в среднем 2-5 см, использования стационарных связей в Рда кранов

тли i грузобой устойчивости ККД АЭС „Xypaeya" (Ху5а) >? ¿60/32/5 т с Я$ерш- оласмим грузом массой г

а

-0,0017

-омы

■0,005

-0MQ6S

-0,00¿5

5 0,025

0,01 г з

-0,0006

-0,0-135

■0,027

-0,039

i 0,027

um3

'0,017 ¡t

-0,04

-0,062

-O.Oi h

2 0,012

-0,003В

■0,0115

-0,0,19

-о,ош

tpemu ttHUA м „ 0 ■0,00f3

V ■0,0026

\\ \\ ff \ / \

\\ J -O.OOW

-0.00в4

ij

Лершщщ 'J9, h /V jf\

JM

—\ / и

0.Û45 0,056

от ом

О,OOS -HOOf

0,001 0,011 -0,025" -О,Ob

Пешмаш./- im. м /д

V г (К /Л

Г"™ Vn 7 м\ J л

\\ ¡V

и

Ol- doBofaue. ттЬания ; 5, i, г - ¿¿/нуждшые , при НК 9 ЬамоЬ 9м- Шмгро : i- мост ¿ осях От i <?- грузоЬа* тиежка ¿ осях ÛXt yf

Рис. //

(см.гл. I) в расчётах на сейсмостойкость можно считать правомерным.

В седьмой главе рассмотрен переход от задач по определению внешних расчётных сейсмических нагрузок к задачам оценки напряжённо-деформированного состояния (НДС) м/к на основе детерминистических и вероятностных подходов и к оптимизационным задачам. Получил развитие ЛСМ для высоконадёжных систем кранов расположенных на высотных уровнях 50-100 м в зданиях путём учёта вектора танге1щиалышх ускорений от вращательных движений поверхности Земли при землетрясениях. Получена формула для внешних расчётных сейсмических нагрузок на кран (аналогичная формуле (19))

Ы -- смпиЫЧмЛ^}) (ч-,? см]{р, (30)

где{^т} - вектор численных параметров сейсмического воздействия, аппроксимированного стационарным случайным процессом (по Николаенко и Назарову). Установлено, что для крановых конструкций опасны сейсмические волны, длины которых сопоставлены с размерами их пролётов.

Показаны преимущества развитого в работе ЛСГЛ на основе теории случайных функций, где случайное число перемещений сейсмической реакция крана (в главных координатах), имеющей СЧ

(при нулевом среднем), зависит от квантили и„=а.т/буи> т нормального распредолония случайной величины, которую получим решив относительно её уравнение (10) для сейсмической надёжности, а среднеквадратичное отклонение б"у случайной величины у вычислим по (II), где Н(^) _ частотная передаточная Функция

11И [(«о1- +(г^и>и)„,)2}'!

Показано, что вследствие случайного характера землетрясений и неопределённости на него реакции м/к кранов, назначение продольного уровня йт по ускорениям в (10) (V* - по перемещениям) может быть заменено уровнем по сейсмической надёжности (10), тогда соответствующее ей значение сейсмической реакции

= бДгелС-Си*"?, д)/(2ог£пР)]Г5,

для срока службы крана Т и повторяемости землетрясений А определяет вероятностную реакцию полной системы по к степени свободы

vf = ГйЛ<тУт \ (4П)

Hill

где Dm - вклад m форм» колебаний системы в её НДС по СЧ , n*<it . Из (40) формируется вектор (I), - далее - для полной системы п порядка. Все параметры внутренних усилий и напряжений, полученные на основе вектора перемещений, будут также соответствовать вероятности Р непревышения их полученных значений. Реализация ЛСМ на основе теории случайных функций в виде программного продукта RISK внедрена на ПО "Сибтяжмаш", заводе РТ-2 ГХК Красноярска-26 и ПО "Лтоммаш".

При математической оптимизации параметров м/к кранов в сейсмостойком исполнении предложено исходить из достижения минимального веса м/к с заданным спектром СЧ, не совпадающим с несущей 'йстотой землетрясения, определённой по его ФСП. Постановка задачи оптимизации заключается в выборо: I. варьируемых параметров поперечных сечений КО м/к, - коробчатых, двутавровых и трубчатых; 2. простых и линейных ограничений на них; 3. фу тощи цели.

2 .

Показано, что квадрат L СЧ РДМ м/к крана toi(L*4,к), является функцией варьируемых геометрических характеристик упоперечных сечений КЭ{у} , что отражено в минимизируемой функции цели

Skj к

F(tY})=c£mL+ ь1>0[ия({у})], (41)

L*1 J L»)

зависящей от масс mil K3*o((ft - константы; функция штрафов <f0 [•] равна нулю, если

и отлична от нуля, если u)i({Y}) не принадлежит^) частотному множеству Q1 . Если - 0 , О , то задача минимизации функции цели (41) есть задача поиска конструкции с СЧ из заданного тожества Î2 . Еслио<.= 0 , а , то это задача поиска конструкции с СЧ вне заданного множества 52 . Если , то это задача поиска конструкций минимальной массы, СЧ которой удовлетворяют ограничению: , . Если ji< 0<ot и |й>1 » lot I , то это задача поиска конструкции крана с минималъ-нДй массой и СЧ вне заданного множества й .

Решение поставлешюй задачи нелинейного программирования

осуществлено в работе градиентным методом, для чего потребовались производные от матриц масс [М] и жёсткости колебательной системы, что видно из первой производной от частотного уравнения (15)

Вычислительный алгоритм оптимизации реализован в программе ОРШ и апробирован в условиях ПО "Атоммаш" при модернизации м/к перегрузочной машины для реактора ВВЭР-1000.

Программой качества ПТО АС предусматривается оценка его надёжности на этапе проектирования. При этом цель проектирования состоит в обеспечении оптимальной вероятности того, что проектируамое ПТО не окажется непригодным для использования по назначению на АС при всех возможных 1_ землетрясениях в течение его срока службы Т . Для полного риска в работе используется выражение (_

согласно которого риск аварии для ПТО от всех возможных за это время землотрясений равен произведению вероятности РО^.Т) возникновения землетрясения на вероятность (^ОК«.^) аварии при это: землетрясении, где - прочностные характеристики м/к; Р(0 -- определяется по формуле полной вероятности. -Зоилетрясения и отказы при нём рассматриваются как события в пуассоновском потоке, после чего полная сейсмическая надёжность Р(0 (в отличие от (10)) в течение срока службы Г с учётом действия землотрясений интенсивностью к равна

Прочностная надёжность м/к кранов при землетрясениях определяется когда можно чётко разграничить параметры определяющие условия нагружения 3 (см.формулу (40)) и условия сопротивлв ния Я конструкции (статистика по прочности сталей), тогда проч постная надёжность, как вероятность безотказной работы, определится дополнением вероятности отказа 5 до единицы

Здесь - вероятность того , что нагрузка (напряжение)

примет полученное вероятностным прочностным расчётом значение S;FrC>)- значение функции распределения сопротивления при значении R*S .По среднемуи среднеквадратичному значению FR(S)= ] , где FD]- табулированные значения интег-

рального закона нормального распределения (рис. 12).

Изучение показало, что для вероятностного анализа безопасности (ВЛБ) наиболее практичной оказалась методика деревьев событий (рис. 13) и отказов. Основным критерием безопасности принят социальный критерий, - недопустимость радиациошюй аварии, связанной с жизнью людей. Этим объясняется низкий допустимый уровень

qe = qaq^-qc ^ o,5-i0~<& ,

вероятности падения контейнера с радиоактивным грузом с подвески ККД 320+160/2x70 т серийных АЭС с BB3P-I000, которая обусловлена: вероятностью QA сложного события А(е,-его)- падение груза (отказ крана); события 3 - нахождение груза на подвесе в момент отказа крана; события С - вероятность осуществления при этом землетрясении. Эти события связаны между собой по принципу "И", т.е. событие Е произойдёт лишь в случае их одновременного осуществления (см.рис. 13).

ПРИЛОЖЕНИЕ к диссертации содержит 5 глав: I - посвящена проблеме сейсмостойкости ПТО АС и задачам исследований; 2 - требованиям ядерной, радиационной и технической безопасности к ПТО предприятий ядерного топливного цикла; 3 - разработке нормативных требований по расчёт сейсмостойкости ПТО АС; 4 - методам расчёта ПТО на сейсмостойкость; 5 - экспериментальным исследованиям колебаний и сейсмостойкости ПТО АС на крупномасштабных моделях и сейсмоплатформо МО АЭП, - с целью подтверждения достоверности проведённых диссертационных исследований.

ОСНОВШЛ! РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЦ

Главным итогом законченного диссертационного исследования является разработка теоретических основ, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии перспективного направления в подъёмно-транспортном машиностроении, заключающееся в изучении и исследовании «функционирования высоконадёжных грузоподъёмных кранов, обеспечивающих погрузочно--разгрузочные, транспортные и складские (ПРТС) ядерно-радиацион-

flodtjb прочностной надёжности ..интирал- cUprm" а * f

./« ш

Su R на ¿ocJocrß (S>R) случайных &шш

Рис. И

Mpeßo соЬытий по анализу падения контейнеоп г

Г £

•

¡а

пггп

® ei

КЗ ПГ^П

1+1

□ю

г

foob Ш ¿щЬЗу]

е2 «з е, е5 е4 е7 eâ е

PüC. Í3

ó¿b<

Ко

но-опасные работы на атомных станциях (АС) и предприятиях ядерного топливного цикла, при прохождении землетрясений и приравниваемых к ним эффектов от ударов и взрывов; в выявлении основополагающего значения для качественной оценки действительной работы, безопасности и живучести несущих структур широкого класса ПТО АС при землетрясениях их геометрической нелинейности и пространственного характера работы; соответствия инерционных, жёсткостннх и демпфирующих характеристик расчётных динамических моделей ПТО их действительным свойствам; моделирования многокомпонентных пространственных сейсмических воздействий вероятностными методами, отражающими их реальный характер; создания и совершенствования уточнётшх высокоэффективных математических моделей пространственных систем ПТО с учётом их геометрической нелинейности - с целью достоверного вычисления внешних расчётных сейсмических нагрузок и дальнейшей оценки сейсмической и прочностной надёжности и безопасности металлоконструкций и механизмов ПТО АС, обслуживающих грузопотоки с источниками радиоав-тивности; в создании методики оптимизационного проектирования пространственных металлоконструкций ПТО АС о заданными динамическими характеристиками; в построении и реализации нелинейных пространственных моделей грузовой и собственной устойчивости положения в пространстве грузоподъёмных кранов при трёхкомпоне-нтных сейсмических воздействиях; в создании системы нормирования и программных средств ЭВМ для расчётов ПТО на сейсмостойкость и с их использованием, - проектирование для народного хозяйства подъёмно-транспортной техники в сейсмостойком исполнении с заданными на стадии проектирования вероятностью разрушения и сейсмическим риском отказа. Основные выводы диссертационной работы можно свести к следующему.

1. Исследование функционирования машиностроительных конструкций ПТО при землетрясениях и эффектах к ним приравниваемых проведённое в работе,является составной частью проблемы безопасности атомной энергетики. Концепция работы на основе МКЭ, метода вычислительного эксперимента и системного подхода тесно увязана с современными достижениями теории краностроения и сопредельными областями знания, - теорий сейсмостойкости, надёжности и строительной механики.

2. Установлена однозначная целесообразность недопустимости отрыва антисейсмического проектирования м/к и механизмов ПТО от проектирования систем кранов на дейотвио эксплуатационных наг-

рузок. первые установлено, что пространственные м/к тяжёлых мостовых кранов АС генерируют в условиях МРЗ внешние расчётные сейсмические нагрузки, напряжения от которых в системах кранов в 2,5-3 раза превооходят напряжения в них от статических эксплуатационных нагрузок.

3. На сущность и содержание теоретических основ построения дискретно-континуальных РДМ м/к и механизмов кранов и др. ПТО основное влияние оказали, с одной стороны, их конструктивные особенности, с другой - единые нормативные принципы сейсмостойкости и безопасности АС с учётом: I. сейсмической активности региона; 2. овойотв взаимодействия строительных зданий АС и ПТО; 3. выявления действительной работы кранового оборудования с учётом пространственности их несущих структур по "трёхмерным моделям с учётом максимально возможных факторов; 4. свойств систем сейсмозащиты; 5. экономических, моральных и социальных последствий аварийных ситуаций, обусловленных отказами ПТО при перегрузке ядерных грузов, возникающих в результате прохождения землетрясений до МРЗ включительно с годовым сейсмическим риском по входу порядка 10"^.

4. Установлено, что наиболее эффективными РДМ ПТО с точки зрения качественного изучения их реакции на землетрясения являются первично-вторичные и более высокого порядка расчётные модели: для них подтвердились выводы синергетики, - у сложных систе! состоящих из нескольких взаимодействующих подсистем, - "здание АС-кран-навесные на захватные органы крана манипуляторы, взаимодействующие через механизм подъёма груза с "грязным" радиоактивным грузом", - возникают частотные характеристики и формы колебаний, которыми в отдельности ни одна из подсистем не обладает. Таким же влиянием на динамические характеристики кранов обладают и их переменные эксплуатационные состояния: изменение положения грузовых тележек на пролёттгх строениях кранов, вылета телескопических рабочих штанг перегрузочных машин реакторов, высоты подвеса и масса транспортируемого груза.

5. Впервые численными методами, проведён анализ погрешностей упрощённых способов редуцирования распределённых маос м/к кранов к сосредоточенным, построены математические модели как линейно-упругих весомых стержневых КЗ, так и тонкостенных КЭ

с использованием элементов теории тонкостенных стержней В.3. Власова и A.A. Уманского. Разработана модель матрицы масс колебательной стержневой системы произвольного вида с распределён-

ными и сосредоточенными параметрами. Учёт распределённых масс для пролётных строений кранов восстанавливает вычисление их частотных характеристик практически по каждой второй форме колебаний, потерянных для моделей с сосредоточенными массами.

6. В основу теоретической модели жёсткостных характеристик конечно-элементных РДМ м/к кранов и др. ПТО положен стержневой КЭ: I. линейно-упругий; 2. с учётом влияния осевой силы на изгиб; 3. с учётом влияния осевых сил и кручения на изгиб, на основе теории тонкостенных стержней В.3. Власова и её положений, развитых в работах Г.В. Воронцова, А.З. Зарифьяна и их учеников. Ото позволило, в совокупности с вычислительными алгоритмами расчётного анализа сейсмостойкости ПТО установить, что линейно-упругие ГДМ м/к кранов из стержней открытого профиля вносят погрешность до 30-35$ при вычислении" их частотных характеристик и, как следствие, внешних расчётных сейсмических нагрузок, - по сравнению с аналогичным расчётным анализом по РИМ с учётом их геометрической нелинейности. То же, - для м/к из коробчатых, -на 10-15$, в зависимости от распределения масс в колебательной зистеме.

7. Разработаны теоретические основы построения расчётных юделой несущих систем механизмов подъёма ядерно-опасных грузов, гозволяющие объединить отдельные подсистемы редукторов, тормозов, 5арабана и полиспастных механизмов в единую взаимосвязанную [ространственную систему со многими степенями свободы, включаю-[их изгибные и крутильные колебания валов редукторов и барабана, годатливости подшипниковых опор и упругие колебания ветвей по-:испаста. Установлено, что на колебаниях полиопастной системы ■енерируется около 80$ внешних расчётных квазистатических сейс-ических нагрузок; тоже, - на изгибно-крутильных колебаниях ва-ов электродвигателей и редукторных систем, - 10-15$.

8. Разработаны теоретические основы моделирования сейсми-еских воздействий на времени эффективной фазы землетрясений,

аосматриваемых как стационарный случайный процесс, являющийся эбытием в пуассоновском потоке, в виде вероятностных спектров твета (ПСО) и вероятностно-статистических акселерограмм, пост-эенных на основе теории случайных функций с учётом как статис-1ческих параметров сейсмических воздействий, так и динамических эрактеристик ПТО. Доказано, что вероятностные модели сейсмичес-IX воздействий в среднем на 30-40$ ниже аналогичных моделей, »строенных детерминистическими методами. Установлено, что для

систем кранов и др. ПТО АС со сроком службы 30 лет, проектируемых на МРЗ, вероятность которого 1СГ^ год-"1", использование вероятностных моделей сейсмических воздействий повышает их экономическую эффективность и более достоверно обосновывает их сейсмическую и прочностную надёжность: учитывается вероятность того что моральный износ машиностроительного изделия наотупит раньше, чем оно подвергнется дейотвию землетрясения или другого ударного или взрывного эффекта.

9. Разработана, обоснована и апробирована теоретическая модель напряжённо-деформированного состояния систем пространственных металлоконструкций кранов с грузами на жёстком и гибком подвесах при пространственных нагрузках от сочетаний эксплуатационных и сейсмических воздействий. Её основу составляют теоретические положения построения эффективных вычислительных алгоритмов, использующих современное состояние и развитие теории тонкостенных стержней и динамики грузоподъёмных кранов. Юдиными теоретическими основами охвачены как широкий класс ПТО с различными граничными условиями, так и разнообразными условиями их работы и нагружения, - от линейно-упругих до сжато-изогнутых геометрически нелинейных систем, исследование которых качествен но может быть проведено только деформационными методами расчёта

10. Разработана и апробирована теоретическая модель исследования реакции несущих структур механизмов подъёма ядерно-опасных грузов на действие вертикальных компонент сильных землотря сений. Её реализация на ЭВМ позволила построить комплексную методику как схематизации пространственной расчётной модели механиков, так и вычисления потенциальной и кинитической энергий системы, генерируемой на её степенях свобода,-с целью построения уравнений движения и их решения ЛСМ теории сейсмостойкости. Система расчёта несущих отруктур механизмов подъёма груза на сейсмические воздействия замкнула теоретические исследования сейсмостойкости кранов в единую цепь, завершила всесторонний анализ сейсмостойкости высоконадёжных систем ПТ0;предавзначенных для обслуживания ядерных технологий.

11. Требования к построению теоретических основ анализа устойчивости положения в пространстве кранов и др. ПТО при землетрясениях, созданных в диссертации, формировались положениями научно-технической культуры безопасности: кран может быть спроектирован предельно прочным, но если но обеспечивается его собственная и грузовая устойчивость при сейсмическом воздействии,

то все усилия расчётчика и проектировщика будут напрасными, -кран может упасть с моста установки, нарушив силовым воздействием ядерную часть АС.

12. Изучены достоинства и недостатки качеств теоретических моделей устойчивости положения в пространстве свободностоящих систем ПТО при сильных землетрясениях. За оснощ приняты уравнения Аппеля для системы пространственных твёрдых тел, выгодно отличающиеся от общеизвестных уравнений Эйлера тем, что они легко выражаются относительно старших производных. При повышении уровня компьютеризации инженерного труда для данной задачи, другими, также перспективными уравнениями движения, следует считать уравнения Шттенбурга. Цифровое моделирование реакторного крана АЭС "Хурагуа" г/п 250 т, заключающееся в прогоно на ЭВМ алгоритмической модели на заданном временном интервале интенсивной фазы трёхкомпонептной акселерограммы землетрясения, доказывает правомерность принятия стационарных связей, накладываемых на РДМ м/к кранов в расчётах по ЛСМ (программные средства KRAMS , TO^ST, RISK).

В условиях эскизного проектирования, при предварительных расчётах устойчивости положения, допускается представлять системы кранов материальной точкой или системой материальных точек.

13. Теоретические положения по развитию статистической теории сейсмостойкости с использованием метода статистической динамики на основе теории случайных функций внедрены в практику сейсмостойкого краностроония для АС на нормативном уровне. Вероятностные перемещения реакции линейной системы, и, как следствие, параметры её НДС, на основа метода случайных функций с использованием теории выбросов получены с вероятностью Р их непревышения как на времени l,действия эффективной фазы землетрясения, так и в течение всего срока службы Т ПТО.

14. Разработана методика оценки сейсмической надёжности ПТО, как вероятности Р непревышения сейсмической нагрузкой её предельного уровня в точоние времени действия эффективной фазы землетрясения, и прочностной надёжности - по совместной плотности распределения fSR(S.<0 нагрузки (напряжений) S и несущей способности R , причём S определяется по предельно допустимым сейсмическим перемещениям в элементах конструкций, соответствующим заданной вероятности Р их непревышения в течение времени действия землетрясения. Разработаны и апробированы основы расчёта м/к ПТО в сейсмостойком исполнении на уровне методов теории надёж-

ности.

Предложена мотодшса оценки безопасности систем ПТО с использованием деревьев событий и отказов с целью: I. сравнения проектных решений дяя высоконадёжных систем при низких интенсив ностях отказов и допустимых уровнях риска; 2. обоснования степе ни резервирования высоконадёжных систем, отказы которых могут привести к нарушению ядерной и радиационной безопасности АС.

15. Комплексное исследовашю действительной работы и безопасности (безаварийности) пространственных систем кранов при землетрясениях на основе МКЭ, метода вычислительного эксперимен та и системного подхода выполнено впервые. Разработанные авторо научные основы инженерных расчётов сейсмостойкости грузоподъёмных кранов и др. ПТО, наряду о системой нормирования этих расчётов (РД 24.090.83-87, РД 24.035.04-89), являются новыми.

Достоверность теоретических положений иерархического моделирования конструктивно-технологических ядерно- и радиационно-опасных систем ПТО, задания, моделирования и оценки сочетаний эксплуатационных и сейсмических нагрузок, вычислительных алгоритмов расчётного обоснования сейсмостойкости (прочности, надёж ности, оптимизации и безопасности) моталлоконструкций и моханиз мов грузоподъёмных кранов и др. IIT0 и работоспособность созданного на основе этих теоретических положений программного продук та ЭВМ подтверждены практикой их промышленного использования в условиях ПО "Атоммаш", ПО "Сибтяжмаш", ПО "Кран", ЕНИИАМ и др. В рамках создания учебно-исследовательской системы результаты работы используются при подготовке инженеров-механиков по специальности 15.04 - подъёмно-транспортные, строительнно и дорожные машины.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Панасенко H.H. К вопросу расчёта решётчатых моталлоконструкций пролётных строений козловых кранов на действие вертикаль-ннх нагрузок. Тр./Новочорк.политех.ин-т.-Новочеркасск,1975.-Т. 313, вып. 2.- С. 18-22.

2. Панасенко H.H., Ксгашш Г.П. Деформационный расчёт пространственных моталлоконструкций козловых кранов//Инструменты буровых, строительных и дорожных машин.-Новочеркасск,1975,- С. 68-74.-(ТР./НИИ; Т. 311).

3. Гросс В.А., Панасенко H.H. Распределение напряжений в зоне контакта диафрагмы со стенкой в балках мостовых кранов//Изв.

Сев.-Кавказ.научн.центра висш.шк. Техн.науки.-1976.->'-> 3-1.-С. 25-30.

4. Л.С. № 035037 СССР. Кл. ТЙбС 23/94. Стопорное устройство поворотного крана/1орхин U.M., 1Удзе P.A., Панасенко H.H., др.-Опубл. 7.06.1081. Гюл. Л 21, С. 52.

5. A.C. ji II6I37I СССР. Кл. Б 25 И/10. Подвесной робот-мани- . цулятор./Безногих Л.В., Гончаров С.И..Кравченко П.д.,Пана-сенко H.H.-Опубл. 15.06.1985. Гш. Я 22, С. 31.

6. Нарыжннй В.А., Панасенко H.H., Кичик Т.Н., др. К анализу динамической системы "мостовой кран-подвесной манипулятор"// Изв. Сев.-Кавказ.научн.центра высш.гик. Техн.науки.-1982.-

№ 2.- С. 34.

7. Берела А.И., Ольховский B.C., Панасенко H.H., др. Анализ технологических грузопотоков при производстве комплекта оборудования для АЗС на базе реактора ВВЭР-1000//Изв.Сев.-Кавказ.научн.центра висш.шк. Техн.науки.-I982.-J5 2.-С. 36.

8. Абрамович И.И., Панасенко H.H. Краны повышенной надёжности для обслуживания атомных станций. Обзор, инф. Сер.б/ЦНИИТЭИ-тяжмаш.-М., 1984.- Шп. 2,- 45 с.

9. Панасенко H.H. Проблема обеспечения сейсмостойкости подъёмно-транспортных машин/Повое в подъёмно-транспортной технике: Тез.Всесогсз.научн.конф.,М.:МВТУ им. Баумана.-1985.-С. 63.

10. Панасенко H.H., Козоброд В.И., Козоброд Т.А. Расчётное обоснование сейсмостойкости подъёмно-транспортных машин// Грузоподъёмные и погрузочные машины.-Новочеркасск: ИЛИ, 1985.-

С. 33-35.

11. Панасенко H.H., Божко С.Г. Вынужденные пространственные колебания несущих конструкций подъёмно-транспортных машин при шестикомпонентном сейсмическом воздойствии//Извостия С1ШЦ Ш. Техн.науки.-1986. а 2 (54).- С. 123-126.

12. Козоброд Т.А., Панасенко H.H. Оптимальное управление спектром частот собственных колебаний пространственных конструк-ций//Проблемы оптимизации в машиностроении: Тез.Второй Все-согоз.школы молодых учёных.-Харьков, 1986,- С. 93.

13. Панасенко H.H., Козоброд В.Н., Козоброд Т.А. Расчёт вынужденных колебаний металлоконструкций строительных машин методом численного интегрирования уравнений движения//Тез. докл. П Всесоюз.конф. по механизации и автоматизации земляных работ в строительстве.-Киев, 1986.- С. 80.

14. Козоброд Т.А., Панасенко H.H., Козоброд В.Н. Оптимизация

спектра собственных частот сейсмостойких конструкций подъёмно-транспортных машин энергетических установок/УМехотрасл. науч.-техн.совещание "Сейсмостойкость энергетического оборудования": Тез.докл.-Нальчик, 1986.- С. 25.

15. РД 24.090.83-87. Нормы расчёта пространственных металлоконструкций грузоподъёмных кранов атомных отанций на эксплуатационные и сейсмические воздействия/ H.H. Панаоенко, С.Г. Еожко и др.-М.: Минтякмаш, 1987.- 264 с.

16. Панасонко H.H. О погрешностях расчётов на сейомические воздействия грузоподъёмных кранов с использованием СНиП П-7-81 "Строительство в сейсмических районах"//Тезисы докл. четирнадц.респуйл.научно-техн. конф. по проблемам строительс: ва и машиностроения.-Нальчик: КЕТУ, 1987.-С. 18-19.

17. Панасонко H.H., Еожко С.Г. Программное обеспечение расчётов на сейсмостойкость подъёмно-транспортных машин энергетических установок//Прочность материалов и конструкций энергетического оборудования.-Фрунзе: ФПИ, 1987.- С. 46-55.

18. Дементьева Н.М., Панасенко H.H. Расчёт надёжности сейсмосто! кого транспортно-технологического оборудования энергетических установок//Изв. Сев.-Кавказ.научн.центра высш.ж. Ес-теств.науки.-1987.- № 4.- С. 29-34.

19. Панасенко H.H., Дементьева Н.М. Модели прочностной надёжности сейсмостойких металлоконструкций подъёмно-транспортных машин/Ред.ж.Изв. Сов.-Кавказ.науч.центра высш.шк. Техн.науки.-Ростов н-д, 1987.- 24 с.-1^к.деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш 28. 04.87, № I920-TM.

20. Панасенко H.H., Кабельков-А.Н., Дементьева U.M. Динамическая модель сейсмостойкости механизмов грузоподъёмных кранов ато! ных станций//Ш Всесоюз.совещ.-семинар "Современное состояли и основные направления исследований сейсмостойкости и прочности энергетического оборудования". 10-15 сент. 1987: Тез докл.-Фрунзе, 1987.- С. 17-20.

21. Анализ сейсмостойкости перспективных перегрузочных машин ре акторных установок с ВВЭР-ЮОО и АСТ-500Т/Н.Н. Панасенко, А.П. Дудченко, В.Н. Сорокин, В.П. Юзиков, В.Г. Мелких, А.И. Левин, С.Г. Бодко, Т.А. Козоброд//Ш Всесоюзн.совещание-се-минар "Современное состояние и основные направления исследований сейсмостойкости и прочности энергетического оборудования". 10-15 сент. 1987 г.:Тез.докл.-Зрунзе:1987.-С. 31-3

22. Базилевский C.B., Авдеев В.И., Задай А.Р., Кравченко Н.В.,

Панасенко H.H., Пухов H.B. Расчётное обоснование сейсмостойкости оборудования АЭС//Знергомашиностроение.-1907.-й 9,- С. 19-23.

23. Панасенко H.H. , liomo С.Г. Сейсмостойкие подъёмно-транспорт-иыо машины атомных станций.-Красноярск: Изд-во Красноярск, гос. ун-та.- 1988.- 208 с. '

24. Комплексы программ расчёта на прочность и надёжность пространственных металлоконструкций кранов при эксплуатационных и сейсмических воздействиях/ Панасенко H.H., Божко С.Г., Дементьева Н.М., Левин Л.И.//Всесопзн.конф. "Проблема развития и совершенствования подъёмно-транспортной техники" Тез.докл. Красноярск, 24-26 мая 1908 г.-М.: 1988, С. 37-39.

25. Панасенко H.H. Проектирование сейсмостойких подъёмно-транспортных машин атомных станций// Конструирование и эксплуатация оборудования. Сер. 6: Эйспр.инф.ЛДОИИТЭИтяжмаш.-1988.

- Вт. 8.- 7 с.

26. Панасенко H.H., Левин А.И., Юзиков В.П. Расчёт на сейсмические нагрузки машиностроительных конструкций из тонкостенных сторжней//Изв.Сев.-Кавказ.научн.центра высш.шк. Техн.науки.

- 1988.- ,'f> 3.- С. 75-82.

27. Панасенко H.H., Лёвин А.И., Юзиков В.П. Статический деформационный расчёт пространственных тонкостенных стержневых систем произвольного пида//Изв.Сев.-Кавказ.научн.центра.Техн. науки.-1988.-Я 4,- С. 134-138.

28. РД 24.035.04-89. Нормы расчёта на сейсмостойкость подъёмно-транспортного оборудования атомных станций. Часть I./H.H. Панасенко, H.A. Бэлов и др.-М.:Минтяжмаш, 1989.-56 с.

29. Панасенко H.H. Расчёт сейсмостойкости металлоконструкций грузоподъёмных кранов общего нашачения//Передовой производственный опыт и научно-технические достижения в тяж.энер-гетич. и транспорта, машиностроении.-М. :ЦНИИТЗИтяжмаш,1989.

- С. 55-60.

30. Панасенко H.H., Муслинов Е.В. Актуальные задачи развития теоретических основ инженерных расчётов грузоподъёмных кранов атомных станций//Исследование крановых механизмов и металлоконструкций: Тр./ШПШТМАШ.-М.: 1989. -С. 65-70.

31. Панасенко H.H. Нормы расчёта пространственных металлоконструкций грузоподъёмных кранов атомных станций на эксплуатационные и сейсмические воздействия//Передовой производственный опыт и научно-техн. достижения в тяж., энергетич. и транспорта.

машиностроении. Сер. 9.-ЦНЖГЭИтяжмаш.-1989.-Вьш. 9.-С.49-Е

32. Панасенко H.H., Козоброд Т.А. Метод раочёта динамической ус тойчивости положения в проотранотве свободно стоящих кранов при землетрясениях/Доординац.совещ. "Проблемы прочности и сейсмостойкости энергетического оборудования" 1-7 оент.198$ Тез.докл.-Фрунзе: 1989.- С. 29-32.

33. Панасенко H.H., Белов H.A. Напряжённо-деформированное состс ние несущих структур механизмов подъёма 1$>анов атомных став ций при землетрясениях/Доординац.совещ. "Проблемы прочност и сейсмостойкости энергетического оборудования" 1-7 сент. 1989 г.: Тез.докл.-Фрунзе, 1989.- С. 20-23.

34. Панасенко H.H. Динамическая модель сейсмостойкости мапшност роительных конструкций грузоподъёмных кранов с распределёнными массами//Прочность и деформации материалов и конструкций:^./Фрунзенск.политехи.ин-т.-Фрунзе.-1989.- С. 66-74.

35. Панасенко H.H., Лёвин А.И., Дудченко А.Н. Нагрузки взаимодействия кранов со строительными конструкциями атомных станций при землотрясениях/Ред.ж. Известия СКНЦ НП. Серия Техн.науки.-Ростов н/д. I989.-7 с.-рук.деп. в ЦНИИТЭИтяжман 04.09.89, Д 453-ТМ89.

86. Панасенко H.H. Требования ядерной, радиационной и технической безопасности к грузоподьёмнш кранам предприятий ядерного топливного цикла/Ред.ж.Изв.Сев.-Кавказ.науч.центра выс UK. Техн.науки.-Ростов н/д. 1990.- 54 с.-1^ук.дад. в ЦНИИТсИ тяжмаш 26.03.90, № 576-ТМ90.

37. Коновальчук B.C., Лёвин А.И., Панасенко H.H. Эксперименталь но-теоретическое обоснование конечно-элементных моделей металлоконструкций перегрузочных машин атомных станций/Ред.ж. Изв.Сев.-Кавказ.науч.центра высш.шк. Техн.науки.-Ростов н/д 1990.- 46 с.-Дэп. в ЦНИИТЭИтяжмаш 22.11.90, № 685-17.190.

38. Панасенко H.H., Коновальчук B.C., Лёвин А.И. Эксперименталь но-расчётные исследования динамических характеристик перегрузочной машины на крупномасштабной модоли/Ред.ж.Изв.Сев.-Кавказ.науч.центра высш.шк. Техн.науки.-Ростов н/д, 1990.15 с.-Дэп. в ЦНИИТЭИтяжмаш 22.11.90, № 686-TTvI90.

39. Нарыжный В.А., Панасенко H.H. К вопросу формирования динамических уравнений движения механических систем/Дезисы докл.отрасл.научно-техн. конф. "Метода анализа брака при производстве изделий машиностроения".-Новочеркасск:НПИ. 1990.- С. 73-76.

40. Панасенко H.H., Дементьева Н.М. Научно-техническая культура безопасности атомной энергетики//Тезисы докл.отрасл.науч.-техн.конф. "Метода анализа брака при производство изделий машиностроения".-Новочеркасск:НПИ,1990.-С. 17-19.

41. Панасенко H.H., Дементьева Н.М., Залуцкая O.K., др. К проблеме использования теории принятия решений в атомной энергетик е//Твз. докл. отрасл. научно-тохн.конф. "Метода анализа брака при производстве изделий машиностроения".-Новочеркасск: НПИ, 1990.- С. 63-77.

42. Дементьева Н.М., Панасенко H.H., Коновальчук B.C. и др. Статистические параметры качества сталей несущих металлоконструкций транспортпо-технологического оборудования атомных с станций/Дез.докл.отрасл. научно-тохн.конф. "Методы анализа брака при производство изделий машиностроения".-Новочеркасск: НПИ, 1990.- С. 19-22.

43. Панасенко H.H., Козоброд Т.А., Козоброд В.Н. Метод математической оптимизации пространственных металлоконструкций грузоподъёмных кранов по весу и спектру собственных частот/ Ред.д.Изв. Сев.-Кавказ.науч.центра высш.шк. Техн.науки.-Ростов н/д, 1990.- 20 с.-1^к.деп. в ЦНИИТЭИтязшаш 26.03.90, Ii 575-ТМ90.

44. Дементьева Н.М., Панасенко H.H., Лёвин А. И. Комплекс программ CISK //Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением:Тез.докл.Всороссийск. научно-техн.конф.-Пермь: 1990.- С. 187-188.

45. Панасенко H.H. Оастема нормирования расчётов на сейсмостойкость 1IT0 атомных отанци11//Яроблегла развития и совершенствования подъёмно-транспортной, складской техники и технологии. Тез.докл. II Всесоюзн.научн.-техн.конф. 16-18 октября 1990 г.-М., 1990.- С. 186-187.

46. Панасенко H.H., Наугольнов В.А. Расчёт геометрически нелинейных пространственных металлоконструкций грузоподъёмных кранов с распределёнными параметрами на вибрационные воздействия/ Ред.ж.Изв. Сев.-Кавказ.науч.центра высш.шк. Техн.науки.-Ростов н/д, 1990.- 27 с.-Дэп. в ЦНШТЭИтяжмаш 26.03.90, JS 574-ТМ90.

47. Панасенко H.H., Козоброд Т.А., Козоброд В.Н. Метод расчёта устойчивости против опрокидывания свободно стоящих грузоподъёмных кранов при земле тряс ениях/Род.ж.Изв. Сев.-Кавказ, науч.центра высш.шк. Техн.науки.-Ростов н/д,1990.- 29 е.-

^ук.деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш 22.11.90, 687-IM90.

48. Лёвин А.И., Панаоенко H.H. Расчёт на устойчивость пространс венных тонкостенных стержневых систем методом конечных эле-ментов/Ред.я.Изв.Сев.-Кавказ.науч.центра выош.шк. Техн.науки.-Ростов н/д, 1990.- 12 с.-Р^к.деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш 26. 03.90, Ji 578-ТМ90.

49. Комплекс программ TONST/ А.И. Лёвин, H.H. Панаоенко, В.П. Юзиков, др.//Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением:Тез.докл.Всероссий< научно-техн.конф.-Пермь, 1990.- С. 192-193.

50. Комплекс программ МНМ/Н.Н. Панаоенко, H.A. Белов, Э.В. Пин-чук, др.//Матшатичеокое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением:Тез.докл.Всероссийск. научно-техн.конф.-Пермь, 1990.- С. 194-195.

51. Козоброд Т.А., Панаоенко H.H., Козоброд В.Н. Антисейсмическое оптимальное проектирование ПТО атомных станций//Проблем! развития и совершенствования подъёмно-транспортной, складсю техники и технологии:Тез.докл. П Всесогаз.науч.-техн.конф. 16-18 октября 1990 г.-М., 1990.- С. 184-185.

52. Панаоенко H.H., Дементьева Н.М. Вероятностно-статистическая модель спектра ответа сооружений с учётом частотно-временны: характеристик землетрясения//Изв. Сев.-Кавказ.научн.центра высш.шк. Техн.науки.-1990.-№ I.- С. 75-80.

53. A.C. Л 1597466 СССР, МКИ 16 7/04. Спорный узел/Сорокин В.Н. Этинген A.A., Пинчук О.П., Панасенко Н.Нш,др.-Опубл. 7.10. 1990.-Бал. й 37.

54. Белов H.A., Панасенко H.H.- Нелинейная модель системы кран-контейнер с ядерным грузом в условиях экстремальных naipy-зок//Новое в подъёмно-транспортном машиностроении:Тез.докл. Всесоюзн.конф. М., 1991.- С. 24.

55. Панасенко H.H. Теоретические основы инженерных расчё-i в IITM предприятий с ядорнытли тохнологиямп//Новое в подъёмно-транс портном машшюстроеншпТез.докл.Всосогоэн.конф. i.l. ,1991.-С.8

ртп ПО "Лтогимаш". Заказ от 29.4. 92-100. Бесплатно