3.6. Воздействие атмосферного давления

На конструкционные материалы немаловажное значение оказывает ат­мосферное давление.

Атмосферное (барометрическое) давление значительно меняется с изме­нением высоты местности над уровнем моря.

Изделия наземной техники должны сохранять надежность и заданные эксплуатационные характеристики в пределах изменения атмосферного давления от 505 до 1080 гПа. Верхний предел соответствует давлению, на­блюдаемому на уровне моря, нижний — давлению, рассчитанному для мак­симальной высоты (4,6 км), на которой возможны эксплуатация, хранение, перевозка изделий.

Наибольшее влияние атмосферное давление оказывает на конструкци­онные материалы систем, используемых при работе в высокогорных усло­виях. С ростом высоты снижается электрическая прочность воздуха. При значительном уменьшении атмосферного давления воздуха уменьшается напряжение пробоя воздушного промежутка между проводниками. Вероят­ность пробоя увеличивается на 30 % при снижении давления с 1013 до 709 гПа (с 1 до 0,7 атм.), что отвечает подъему на высоту около 3000 м над уровнем моря. Пониженное давление также влияет на полупроводники, вы­зывая ухудшение теплоотдачи и уменьшение пробивного напряжения.

3.7. Воздействие ветра и гололеда

На надежность технических систем ветер оказывает разнообразное вли­яние: в одних случаях — благоприятное, в других — неблагоприятное влия­ние на процессы в материалах машин. Кроме того, ветер при больших скоростях действует как силовой (нагрузочной) фактор, создавая дополни-104

Г лава 3

тельные напряжения. Сила ветра зависит от перепада давлений воздуха, т. е. от расстояния между изобарами.

На технические изделия, расположенные вне помещений, действует ве­тер и гололед. При обледенении увеличивается размер и масса изделий, что приводит к возрастанию действующих на них аэродинамических и физиче­ских нагрузок. Кроме того, гололед и гололедица, действуя на влажные гиг­роскопические материалы, вызывают образование частичек льда в порах, что снижает электрическое сопротивление этих материалов. Наиболее опас­на гололедица, возникающая после оттепели и дождя, при резком похолода­нии. При замерзании влаги, проникшей в материал, происходят микрораз­рушения этого материала, вызываемые увеличением объема льда.

Оценка влияния гололедно-ветрового режима (ГВР), формируемого случайными метеорологическими факторами (МФ), проводится вероятно­стно-статистическими методами.

Для расчета интенсивности х параметров гололедно-ветрового режима используют распределение Гудрича:

F(x)=exp { -K_xrxⁿ*r} ,

где: K_xf, п_хг — параметры уравнения Гудрича, аппроксимирующие рас­пределение вероятной интенсивности х (определяется по экспериментальным результатам климатологических воздействий). Исследования статистических связей между толщиной стенки 8 эквива­лентного гололеда (ЭГ) и максимальными скоростями ветра v при гололед-но-изморозительных образованиях (ГИО) показывают, что связь между этими переменными незначительна и уравнение двумерного распределения накопленных относительных частот сочетаний 8 и v имеет вид:

Q(8,v)-1-F(8,v) =

^{5 v} [(8/8_ср)^изг-1(у/у_ср)^изг-1 х = К§гщгК§г I 11 – п \dbdV

0 0 [ xp| ЪГ( / ср) vi ( / ср) J

где: К^г, Щг> K_vr, n_vr — параметры уравнения Гудрича, характеризую­щие режимы ЭГ и ГИО соответственно; Ъ_ср, у_ср — среднее значение толщины стенки ЭГ и скоро­сти ветра при ГИО соответственно. При расчете прочности изделий используют метод эквивалентных на­грузок, основанных на обработке графиков загрузки изделий во времени. Для построения этих графиков (рис. 3.6) необходимы сведения о суммарной продолжительности ветра и эквивалентного гололеда (ЭГ) (суммарная про­должительность действий интервала интенсивности МФ).

При переходе льда в жидкую фазу увеличенные размеры пор во многих случаях сохраняются, что создает рыхлость материала. Лед или вода снижа-

105

Г ЛАВА 3

tf* ч

ìô

8, мм

25 20 15 10 5	v.
	ч

1000

ч, j

100 200 300 500

Рис. 3.6. Зависимость толщины стенки ЭГ 8 от суммарной

z.

продолжительности гололеда t

ют сопротивление электрических проводников. Сухой снег при мете­лях оказывает истирающее воздейст­вие на поверхности материалов.

Как уже говорилось, ветер оказы­вает силовое динамическое воздей­ствие на элементы систем.

Распределенная ветровая нагруз­ка ð на 1 м³ наветренной поверхно­сти определяется зависимостью:

р = q0n_hc$,

где: q0 — динамическое давление ветра на высоте 10 м над поверхностью земли, Па; щ — поправочный коэффициент на увеличение динамического дав­ления в зависимости от высоты над поверхностью земли; с — аэродинамический коэффициент, зависящий от аэродинамиче­ских свойств элементов машины; Р — коэффициент, учитывающий воздействие, вызываемое пульса­цией динамического давления ветра. Динамические нагрузки вызывают наибольшие напряжения, когда час­тота пульсации ветра совпадает с частотой собственных колебаний эле­ментов.

Скорость ветра во времени изменяется непрерывно и в широких преде­лах, изменяется и динамическое давление ветра q0. На пульсацию давления влияет неоднородность атмосферы, характеристика циркуляции воздуха. Интенсивность пульсации по высоте некоррелирована, и пульсации дина­мического давления ветра близки к нормальному закону распределения.

Пульсация динамического давления ветра может рассматриваться как стационарный случайный процесс, и при этом дисперсия пульсаций давле­ния ветра характеризуется уравнением (по М. Ф. Барштейну):

Sn(ys-c)

m(y_s)q_Ps

где: m(y_s) — коэффициент пульсации динамического давления;

q_ps — среднее значение динамического давления на S-м участке; к_& — число средних квадратичных отклонений; y_s — координаты точки S. Динамическая нагрузка, определяемая пульсацией динамического ветра с учетом собственных колебаний элемента, будет определяться зависи­мостью:

106

Г ЛАВА 3

Psq = M_s

n

где: M_s — масса S-го участка металлоконструкций;

n — число степеней свободы металлоконструкций; η_sj — среднее значение коэффициента, учитывающего формы дефор­мации металлоконструкции при свободных колебаниях j-го тона; ξ _j — среднее значение коэффициента динамичности при колебани­ях j-го тона.