Учебное пособие 2123

Решение задачи сокращения времени на технологическую подготовку производства и выпуска новых изделий, особенно малыми партиями, обеспечивает повышение их конкурентоспособности и дает возможность оперативного реагирования на изменения потребительского спроса. Это, в свою очередь, снижает как себестоимость изготовления новой продукции, так и время от появления новых конструкторских разработок до их внедрения в промышленные образцы.

Для решения этой задачи необходимо определить совокупность необходимых методов и средств образования маршрутов проектирования — последовательностей проектных операций и процедур, ведущих к достижению поставленной цели. При этом методы построения последовательностей проектирования определяются типом проектных задач.

Основой для осуществления многообъектного технологического проектирования являются уже существующие рабочие производственные системы (РПС), ориентированные на выпуск своих производственных заданий (ПЗ) и имеющие фонд свободного времени своего технологического оборудования. Технологическое оборудование, имеющее фонд свободного времени, является ресурсами производственных систем (ПС), необходимыми для функционирования виртуальных производственных систем (ВПС). На основе информации о ресурсах ПС оперативно формируется конфигурация (возможно, изменяющаяся во времени), максимально соответствующая требованиям выполняемых ПЗ .

Особенностью такого подхода является использование элементов интеллектуального управления, позволяющее принимать решения по изменению конфигурации ВПС и формированию управляющей информации в реальном масштабе времени с минимальным участием человекаоператора.

Многообъектное технологическое проектирование с интеллектуальным управлением в РПС включает в себя: методики проектирования технологических процессов, методику обеспечения целеустремленной генерации возможных вариантов конфигурации ВПС, методику осуществления верификации сгенерированных вариантов и отбора лучших, а также методику принятия решения, на основе которого осуществляется управление процессом конфигурирования ВПС во времени. В связи с тем, что принятие решения и формирование

на его основе управляющего воздействия осуществляется на основе сложных творческих процессов, управление должно строиться как интеллектуальное.

Таким образом, концептуальная идея построения виртуальной производственной системы заключается в мобильной организации временно функционирующих объектно-ориентированных ПС для выполнения текущих технологических процессов на базе РПС. Другими словами, при наличии некоторого ПЗ необходима стратегия выполнения их в РПС, имеющих фонд свободного времени и ориентированных, в свою очередь, на выпуск других, различных по своим параметрам изделий. При этом выполнение спроектированных технологических процессов не должно негативно сказываться на сроках и себестоимости выпуска основной для этих РПС продукции.

Реализация идеи достигается за счет формирования ВПС рациональной конфигурации, позволяющей выполнять ПЗ в сроки, не превышающие заданные, но близкие к ним, с минимальной себестоимостью. Такой подход обеспечивает отсутствие материальных перестроек при формировании ПС для выполнения ПЗ, минимальные затраты на хранение готовой продукции и минимальные объемы используемых ресурсов оперативных производственных систем (ОПС). Использование свободного технологического оборудования РПС, ориентированных на выполнение своих плановых технологических процессов, обеспечивает существенное снижение времени и трудоемкости технологической подготовки производства.

Данные о предметной области, к которой относится объект, о существующих и разрабатываемых его структурах, известные или прогнозируемые отношения и связи между элементами и свойствами объекта и внешней среды представляет собой порождающую среду. Совокупность информационных потоков, образованных информацией о ПЗ и ОПС, образует порождающую среду, необходимую для генерации вариантов конфигураций ВПС.

Порождающая среда представляет собой систему сущностей OS, которая может быть представлена в виде

где saj — и –SAi — соответственно, свойство и множество его проявлений; sbj, SBj — база и множество ее элементов; Nn = {l, 2, ..., n} и Nm – {l, 2, ..., m}; n — число единиц технологического

оборудования в ВПС; m — число видов изделий в ПЗ.

Совокупность отношений можно представить в виде множеств Dl, D2, ..., DN, тогда R является отношением над этими множествами, если R есть множество упорядоченных последовательностей (и кортежей) вида <dl, d2, ..., dn>, где dl — элемент из D1; d2 — элемент из D2; ...; dn — элемент из DN. Множества Dl, D2, .., DN являются доменами отношения R.

Отношение R состоит из некоторого числа кортежей, соответствующих числу элементов в ПЗ, и представляет собой мощность. Отношение может быть представлено в виде табличной функции. Такое представление предопределяет применение реляционных баз данных.

При совместном использовании баз знаний и данных особое значение имеют операции выбора и проекции. По значениям атрибутов, которые рассчитаны на основе информации, полученной из баз знаний, с помощью этих операций проводится отбор необходимой информации из базы данных.

На этапе принятия решений, в соответствии с требованиями и ограничениями более высокого уровня, принимается решение о выполнении некоторого объема ПЗ.

На этапе проектирования производится анализ выбранного ПЗ, разработка технологического процесса в виде набора маршрутов, описаний, выбор оборудования, оснастки и т. д.

На этапе планирования составляется план изготовления изделий по соответствующей технологии на технологическом оборудовании, составляющем ВПС.

На этапе приобретения осуществляется фактическое приобретение сырья, полуфабрикатов, комплектующих, информации, необходимых для производства продукта по соответствующей технологии.

На этапе производства реализуется план изготовления изделий, в результате которого выполняется ПЗ.

На этапе контроля качества готового продукта осуществляется сравнение продукта с его спецификацией и извещение о несоответствиях, если таковые имеются.

На этапе поставки готовый продукт, прошедший контроль качества, направляется потребителю.

Функции, выполняемые на перечисленных этапах, взаимосвязаны и могут использовать специфичные для той или иной функции данные, разделяемые между несколькими функциями, или общие для всех функций.

При решении задачи формирования ВПС необходимо формирование и применение баз данных, которые содержат информацию, полученную на основе основных научных положений технологии проектирования; методов математического моделирования, системноструктурного анализа; теории информации, множеств, математической логики, управления,

автоматизированного проектирования и технологии программирования.

Модель системы многообъектного технологического проектирования позволяет не только представить функции и виды деятельности в автоматизированном производстве, но является основой для его системного проектирования. Модель базируется на понятии "управляемое динамическое производство", на котором выполняются следующие последовательные этапы: принятие решения, оценка конструкции, технологическое проектирование, верификация, контроль прохождения ПЗ через ВПС.

Реализация математических моделей функционирования ВПС учитывает, что современное гибкое автоматизированное производство базируется на массовом применении вычислительной техники — начиная от ПС, имеющих, как правило, встроенные микропроцессоры, и кончая автоматизированными рабочими местами конструкторов, технологов, диспетчеров и т. д.. В силу физической распределенности этих компонентов объективно возникает задача создания соответствующей распределенной вычислительной системы ЭВМ, охватывающей участки, цеха, заводы, отрасли и т. д.

Эффективность управления реальной ПС зависит от последовательности и значений принимаемых решений, а также от оперативности получаемой информации. Для принятия необходимых решений требуется получение соответствующей информации о ПС в реальном времени, а также о прошлом или возможном будущем. Поскольку время на обработку поступающей информации ограничено, анализ складывающейся производственной ситуации и формирование соответствующей команды управления требуется автоматизация выполнения указанных действий. Это приводит к необходимости использования моделей, имитирующих основные действия оператора при управлении ПС. Такая система должна обладать элементами интеллектуального управления.

Литература

1.Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. — 336 с

2.А.Н. Давыдов, В.В. Баранов, Е.В. Судов, С.С. Шульга CALS (Поддержка жизненного цикла продукции) М.: Министерство экономики РФ; НИЦ CALSтехнологий "Прикладная логистика"; ГУП "ВИМИ",

2007

Ю.М.Черкасов Информационные технологии управления М.: ИН-ФРА-М,2001

В последние десятилетия XX в. мы стали свидетелями череды аварий и катастроф, связанных с наиболее сложными плодами инженерного искусства – аварии на атомных электростанциях, взрыв космического «челнока», падения самолетов, сбои компьютерных систем и систем телекоммуникаций и т. п. Анализ причин этих аварий чаще всего показывает, что они кроются в сфере соприкосновения оборудования и операторов. Персонал совершал мелкие оперативные ошибки, не были правильно и своевременно проведены ремонтные и профилактические работы, недостаточно тщательно выполнялись операции контроля. В современных сложных системах эти и подобные ошибки даже одного человека могут вызвать катастрофические последствия.

Так можно ли говорить о том, что в современном высокотехнологичном производстве человек играет все меньшую роль и стоит ли вообще придавать такое значение его отношению к делу, организации своего труда [1].

Основными целями организации труда в условиях высокотехнологичного производства являются повышение производительности труда и сохранение здоровья рабочих.

Задачами организации труда в условиях высокотехнологичного производства являются:

-сокращение затрат рабочего времени на выполнение конкретных видов работ;

-установление рациональных форм разделения и кооперации труда;

-снижение вредного влияния работы на здоровье сотрудников;

-разработка системы оплаты труда, стимулирующей активизацию работы, повышение ее качества и производительности;

-обеспечение соответствия работы квалификации, психологическим и другим особенностям работников;

-улучшение условий труда сотрудников; -распространение передовых методов работы; -повышение квалификации работников. Воздействие организации труда на

высокотехнологичное производство позволяет выделить следующие ее функции:

-ресурсосберегающая, в том числе трудосберегающая, направлена на экономию рабочего времени, эффективное использование сырья, материалов, энергии, т.е. ресурсов;

-оптимизирующая функция проявляется в

достижении научной обоснованности норм труда и интенсивности труда, в обеспечении соответствия уровня оплаты труда его конечным результатам;

-функция формирования эффективного работника. Это осуществление на научной основе

квалификации. Научный подход к формированию кадров и к их подготовке – таково веление времени, и это становится важной функцией организации труда в условиях высокотехнологичного производства;

-трудощадящая функция проявляется в создании благоприятных, безопасных и здоровых условий труда, в установлении рационального режима труда и отдыха, в использовании режима гибкого рабочего времени, в облегчении тяжелого труда до физиологически нормальной величины;

-функция возвышения труда. Нельзя говорить об эффективной организации труда, сколь бы экономичен ни был труд, если при этом забывают о самом человеке, с его социальными запросами и стремлением к высоко содержательному, престижному труду;

-воспитательная и активизирующая функции направлены на выработку дисциплины труда, развитие трудовой активности и творческой инициативы. Высокий уровень организации труда способствует формированию этих качеств работника, а чем выше качества исполнителей, тем выше и уровень организации труда [2].

Рассмотрим наиболее характерные, по мнению О.И. Дудиной и В.А. Зеленкова, социальноэкономические особенности организации труда рабочих в условиях высокотехнологичного производства на современном этапе. К ним можно отнести:

-изменение содержания и характера труда; -повышение культуры труда обслуживающего

безопасности труда, ликвидация или уменьшение аварийности, сокращение травматизма и

профессиональных заболеваний; -ускоренное обновление и совершенствование

социально-профессиональной структуры кадров, появление прогрессивных форм организации труда;

-стабилизация (снижение) текучести кадров; -повышение уровня технической

вооруженности труда за счет автоматизации практически всех основных и вспомогательных операций [3].

Здесь необходимо отметить противоречивый характер процессов внедрения новых технологий и соответственно их социальных результатов. Как правило, первоначально эти процессы приводят к повышенной степени физической и нервнопсихической напряженности (интенсификации труда), ускоренной утомляемости работников в связи с ужесточением производственного режима, иногда ухудшаются и условия труда (повышаются вибрация, загазованность, шумы, тепловыделения, увлажненность производственных помещений), возрастает степень его опасности; усиливается социальная изоляция работников; появляется технологическая и структурная безработица. Данные негативные последствия научнотехнического развития (НТР) вступают в противоречие с получающей все более широкое распространение в индустриально развитых странах концепцией гуманизации труда и становятся главным объектом разрабатываемых программ по совершенствованию организации труда и производства.

Из всех социальных последствий НТР наиболее существенное влияние на качество рабочей силы оказывают изменения в содержании и характере труда, а также сдвиги в профессиональноквалификационной структуре кадров.

Основной закономерностью в развитии структуры кадров современного высокотехнологичного производства является:

-изменение соотношения так называемых «белых и синих воротничков». В совокупной рабочей силе неуклонно снижается удельный вес «синих воротничков», т.е. рабочих, и соответственно растет удельный вес «белых воротничков» – ИТР и служащих;

-резкое усиление процесса ротации профессий. Так, существенно снижается удельный вес транспортных рабочих и грузчиков, станочников и частично сборщиков. Появляются новые категории персонала, обслуживающего высокотехнологичное оборудование, например, операторы вычислительной техники, наладчики по электронике и др.

Рассмотрим особенности изменений в требованиях к рабочим в условиях высокотехнологичного производства:

-высокотехнологичное автоматизированное производство создает благоприятные возможности для творческого, интеллектуального труда, порождая новый тип квалифицированного рабочего, приближающегося по своему развитию, общему и профессиональному образованию к техническому специалисту;

64

-изменяется социальный и профессиональный облик рабочего. Человек перестает быть придатком машины, а фактически поднимается на более высокую ступень, управляя системой высокоэффективных машин;

-новые профессии раздвигают жесткие рамки узкой специализации и требуют от рабочего разносторонних знаний и способностей для решения быстро изменяющихся сложных производственных задач;

-кроме того, в условиях внедрения новых прогрессивных частности коллективных форм организации труда, от рабочего требуется способность овладевать и смежными специальностями.

Таким образом, компетентность в ее нынешнем понимании подразумевает специалиста широкого профиля. Рабочие кадры в условиях технологических нововведений должны обладать разносторонними техническими и научными знаниями, умением инициативно действовать; иметь развитое чувство ответственности за функционирование доверенной им подсистемы; должны быть готовыми к освоению новых видов продукции, технологии, оборудования, профессии и места работы [4].

Литература

1.http://quality.eup.ru/DOCUM2/shnknrm.htm В.

Растимешин, Т. Куприянова С чего начинается качество на рабочем месте

2.http://stroy-technics.ru/article/sushchnost-i- zadachi-nauchnoi-organizatsii-truda-osnovnye-ee- etapyttp://stroy-technics.ru/article/sushchnost-i-zadachi- nauchnoi-organizatsii-truda-osnovnye-ee-etapy Сущность и задачи научной организации труда, основные ее этапы

http://www.rhr.ru/index/rule/employees_certification/11890.ht ml О.И. Дудина, В.А. Зеленков Современные требования производства к качеству рабочей силы и оценка персонала предприятий. Часть 1

http://www.rhr.ru/index/rule/employees_certification/11890.ht ml О.И. Дудина, В.А. Зеленков Современные требования производства к качеству рабочей силы и оценка персонала предприятий. Часть 1

5.Мельников О.Н. Управление интеллектуальнокреативными ресурсами наукоемких производств. - М.: Издательство «Машиностроение», 2004. – 400 с.: ил.

6.Бережнов Г.В. Стратегия развития предприятия в многопрофильной конкурентной среде. –

М.: ИД «МЕЛАП», 2002. – 346 с.

7.Друкер П. Посткапиталистическое общество // Новая индустриальная волна на Западе: Антология / Под ред.

В.Л. Иноземцева. – М.: Academia,1999. – 293 с.

Перспективным материалом в литейном производстве является высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ), основным преимуществом которого перед серым чугуном является более высокий уровень механических свойств, в силу более полного использования прочности металлической матрицы, ослабленной в серых чугунах пластинчатым графитом.

Главная особенность ВЧ как конструкционного материала – высокое отношение предела текучести к пределу прочности при растяжении, составляющее порядка 0,8 (у стали 0,5).

Для получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита в исходный серый чугун вводят сфероидизирующие добавки, например, магний, церий или комплексные соединения. Однако, при использовании чистого магния наблюдается так называемый пироэффект. Поэтому магний чаще всего вводят в смеси с ферросилицием.

В расплаве чугуна магний в первую очередь реагирует с серой с образованием сульфида:

Mg + FeS = Fe + MgS.

На основе сульфидов формируются включения малых размеров, содержащие также кальций, кремний и кислород. Такие включения состоят из сульфидного ядра и многогранной силикатной оболочки, на поверхности которой образуются шестигранные силикатные фазы типа CaSiO3 (рисунок). Силикаты кальция ввиду низкой межфазной энергии [1] могут действовать в качестве благоприятных центров для формирования и роста на них включений графита.

Для получения ВЧШГ необходимо строго контролировать содержание серы в исходном расплаве. Наиболее благоприятное для создания центров графитизации содержание серы составляет 0,01%. При большем содержании серы образуется большая концентрация сульфидов MgS, которые образуют неметаллические включения, частично уходящие в шлак, частично загрязняющие металл. В работе изучена возможность получения ВЧШГ на основе серого чугуна, выплавленного в вагранке с кислой футеровкой без подогрева дутья. Основные особенности исходного чугуна – высокое содержание серы (от 0,06 до 0,09 %) и низкая температура в расплавленном состоянии (от 1300 до 1350 ºС). Химический состав чугуна в процентах

3,280 С; 1,664 Si; 0,565 Mn; 0,063 S; 0,2 P (не более).

Обработку расплава производили при температуре 1280 ºС комплексным модификатором

[1]. В качестве модификаторов использовали магнийсодержащий материал SIMAG A и ФСМг9; при использовании первого из них дополнительно вводили рафинирующую добавку – карбонат барийстронциевый БСК2.

Двойные сульфидно-оксидные включения в структуре ВЧШГ

Выбор модификаторов обусловлен следующими соображениями: SIMAG A обладает высокой реакционной и десульфурирующей способностью при пониженных температурах расплава; ФСМг9 содержит относительно небольшое количество магния, что способствует его хорошему усвоению и снижению пироэффекта.

Магнийсодержащие материалы вводили в

расплав в виде стальной трубки с наружным диаметром 14 мм, толщиной стенок 0,5 мм, внутренний объем которой был заполнен магнийсодержащим порошком зернистостью 0,3-0,5 мм. Скорость ввода определялась скоростью вращения протягивающих валков трайб-аппарата и равнялась 80-90 м/мин; расход на одну тонну жидкого чугуна составлял 18 кг.

Ввод стальной трубки с магнийсодержащим материалом осуществляли на максимальную глубину расплава, нормальная продолжительность реакции от одной до двух минут, реакция протекала без прямого контакта с воздухом, т.к. трубка предварительно с торцов заварена. При погружении

вжидкий чугун оболочка расплавлялась и реакция растворения сопровождалась перемещением паров магния снизу вверх к зеркалу расплава.

Количество вводимого магния зависит от исходного содержания серы и температуры металла

вковше при модифицировании и может быть рассчитано по эмпирической формуле [2]:

где: S – содержание серы в чугуне до модифицирования, %;

τ – продолжительность манипуляций с ковшом, мин;

t – температура металла в ковше; α – коэффициент усвоения магния.

Содержание серы в сером чугуне ваграночной плавки составляло 0,063 %, температура чугуна в ковше 1280 ºС, коэффициент усвоения магния при вводе магнийсодержащих материалов находился в интервале от 30 до 50% [3]. Расход магния на одну тонну чугуна составил:

макроструктуры; результаты опытов представлены в таблице.

Повышение прочности чугуна плавки 54 составляет 300 %, твердости 74 %. Прочность чугуна плавки 56 после модифицирования повысилась только на 192 % при повышении твердости на 14 %. Кроме того, при разрыве образцов для мехиспытаний плавки 56 обнаружились неметаллические включения, которые и послужили причиной понижения прочности. Отсутствие неметаллических включений в образцах марки 54 связано с рафинирующим действием БСК2.

Высокая прочность модифицированного чугуна плавки 54 может быть объяснена на основе следующего механизма: возникновение центров графитизации, содержащих в своем составе соединения кальция, и рост шаровидных форм графита на силикатосодержащих подложках. Образование центров такой структуры способствует повышенное содержание кальция в модификаторе SIMAG A. Предложенный механизм не противоречит результатам работы [4].

Исследование модифицирующих свойств различных магниевых добавок подтвердило гипотезу об активном участии сульфида магния и силикатов в образовании центров графитизации при формировании структуры высокопрочного чугуна.

Показана возможность получения высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита при плавке в вагранке с кислой футеровкой. Применение барий-стронциевого карбоната в комплексе с магнийсодержащим модификатором позволяет избавиться от неметаллических включений в высокопрочном чугуне.

Литература

1.Болдырев Д.А., Чайкин В.А., Чайкин А.В. Применение смесевых комплексных модификаторов с кальций стронциевым карбонатом при получении отливок деталей легкового автомобиля из высокопрочного и серого чугунов // Литейщик России. – 2010. – №1. – С. 2126.

2.Шапранов И. А., Скрыбник Ф. Д. Высокопрочные

испециальные чугуны: Учеб. пособие для слушателей заочных курсов повышения квалификации ИТР по чугунолитейному производству. М.: Машиностроение,

1983. – 43 с.

3.Производство высокопрочного чугуна – сравнение альтернативных методов обработки магнием на ВЧ. -

Электрон. дан. - Режим доступа http://www.lityo.com.ua/li/s_39.html

4. Механизмы формирования и роста включений графита в литейных чугунах. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.lityo.com/elkem_5_5.html

загрязнения атмосферы, а также разработка электронных карт, с помощью которых можно определить ожидаемую концентрацию исследуемых канцерогенов. Моделирование оценки загрязнения

информационной системы ArcGIS 9.3 с помощью модулей Spatial Analyst и Geostatistical Analyst [1].

Из данных рис.1. следует, что 86% выбросов в атмосферу города Воронежа приходится на долю оксида углерода и пыли, оксидов серы и азота, 12% составляют углеводороды и всего 2% - все остальные вещества. Выбросы пыли от промышленных предприятий составляют порядка 17 тысяч тонн в год. Примерно такое же количество поступает в атмосферу диоксида серы. Выбросы оксидов азота несколько меньше (9 тыс. т.), но они более токсичны. По данным областного центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, управления по охране окружающей среды, аналитического центра Госкомоблэкологии в атмосферном воздухе Воронежа наблюдались максимальные концентрации по пыли до 4 ПДК, оксиду углерода - до 1,6 ПДК, по оксидам азота - до 4,1 ПДК, формальдегидудо 1,1 ПДК. Максимальные значения содержания в воздухе пыли наблюдались в весенне-летний период, оксида углерода - в зимне-весенний, оксидов азота и формальдегида в весенне-летний период.

Территория города Воронежа разделяется на Правобережный и Левобережный участки, которые характеризуются различными уровнями и характером техногенной нагрузки. Правобережный участок отличается высоким уровнем техногенеза. Левобережный участок города Воронежа характеризуются весьма интенсивной техногенной

транспортной нагрузкой. В часы пик формируются автомобильные пробки длинной до 100-200 м. В результате над крупными магистралями района постоянно фиксируется фотохимический смог. Диоксиды азота здесь достигают 4-5 ПДК. В целом доля центрального района в общем индексе загрязнения атмосферы невелика – около 11%.

В административном отношении

Левобережный участок города Воронежа подразделяется на Железнодорожный и Левобережный район. Они характеризуются весьма интенсивной техногенной нагрузкой. Это связано с тем, что левый берег является основной промышленной зоной города, здесь сконцентрировано огромное количество предприятий как тяжелой, так и легкой промышленности, а также карьеры, очистные сооружения, ТЭЦ, нефтебазы, автотранспортные предприятия. Индекс загрязнения здесь составляет около 33%.

1 2 3 4 5 6

Рис. 1. Соотношение вредных веществ поступающих в атмосферу : 1 - оксид углерода, 2 - оксиды серы, 3 – пыль, 4 – углеводороды, 5 - оксиды азота, 6 - другие вещества

На основе анализа мониторинговых данных о вкладе различных предприятий в загрязнение атмосферы города Воронеж источником загрязнения был выбран левый берег города Воронежа район Машмет. В работе использовались данные пяти пунктов наземных наблюдений за загрязнением воздуха в Воронеже, характеризующие содержание в приземном слое примесей практически по всей территории города по следующим элементам: PL (пыли), CO (оксиду углерода), SO2 (диоксиду серы), NO2 (диоксиду азота), NO (оксиду азота), HCHO (формальдегиду), C6H5OH (фенолу), NH3 (аммиаку), Szh (саже) и их суммарному содержанию. Данные со стационарных постов наблюдения собираются и обрабатываются Воронежским областным центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Управлением по охране окружающей среды по Воронежской области, соответственно, а затем поступают в Территориальный центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций.

В работе для расчетов использовались только четыре элемента: PL, CO, SO2, NO2, имеющих

наибольшие концентрации в атмосфере. Данные о загрязнении собраны за 2006 – 2008 г.г. в сроки 7, 13, 19 часов.

а

б

Рис.2. Модель распространения примесей в атмосфере

При моделировании оценки загрязнения атмосферы города промышленными выбросами задавались метеопараметры (скорость и направление ветра, температура окружающего воздуха), измерения на стационарных постах, так же использовались данные о количестве выбросов загрязняющих веществ, зафиксированных системами непрерывного контроля и учета выбросов.

На рис.2 приведен пример модели возможного загрязнения атмосферы на территории города Воронежа.

Типичная ситуация, приводящая к накоплению

примесей выше предельно допустимых концентраций, возникает в области антициклона. Малооблачная погода, способствующая образованию радиационных инверсий, и опускающийся, адиабатически нагревающийся воздух, формирующий приподнятую инверсию оседания, приводит к образованию многослойных инверсий или одного сложного, значительного по мощности и интенсивности задерживающего слоя. В холодный период года инверсия сохраняется и днем. Если приземная радиационная инверсия и разрушается, то сохраняется мощная приподнятая. Устойчивость такого задерживающего слоя во времени способствует значительному накоплению примесей в приземном слое атмосферы (рис.2а).

Главным фактором, влияющим на распространение примесей в атмосфере, является ветровой режим. Зоны более высоких концентраций примесей создаются в подветренных районах по отношению к источникам выбросов (рис.2б).

Характер рассеивания и переноса примесей существенно зависит от скорости ветра. При выбросах от промышленных предприятий с высотными трубами значительные концентрации примесей у земли наблюдаются при так называемой опасной скорости ветра. Это связано с тем, что выбрасываемые газы имеют определенную скорость выброса из трубы и в случае их перегрева относительно окружающего воздуха обладают плавучестью. В результате вблизи источника создается поле вертикальных скоростей, способствующих подъему факела и уносу примесей вверх. Убывание концентрации происходит и при очень сильных ветрах, за счет быстрого переноса примесей (рис.2б).

Таким образом, при построении распределения загрязнений по данным каждого поста контроля атмосферы было оценено влияние факела промышленного предприятия на загрязнение атмосферного воздуха города Воронежа в районе расположения постов.

Литература

1. Корчагин Д.В. Моделирование распространения примесей от выбросов промышленных предприятий и автотранспорта в атмосфере г. Липецка / Д.В. Корчагин // ArcReview №4 (31). – М.: ООО «Дата+», 2004. – С. 5.

Как показывают результаты исследований [1–4], газообразный водород высокого давления оказывает существенное влияние на механические характеристики практически всех конструкционных материалов на основе железа, никеля и других металлов. При испытании образцов на растяжение в среде газообразного водорода в области температур 173 – 473 К и особенно при температурах 273 – 293 К, отмечается уменьшение пределов прочности материалов на 10

– 15 %, относительного удлинения материалов на 10 – 40 %, существенное снижение относительного поперечного сужения (в три – восемь и более раз), истинного сопротивления разрыву и других характеристик, связанных с пластичностью. Изменяются также характеристики механики разрушения (вязкость разрушения, скорость докритического роста трещин и др.). Вместе с тем пределы текучести материалов в среде водорода остаются практически неизменными. Это достаточно важное обстоятельство свидетельствует о том, что при упругом поведении материала влияние водорода на его механические характеристики отсутствует или практически сведено к минимуму.

Изложенное позволяет сформулировать некоторые общие подходы по учету водорода при расчете на прочность элементов конструкций. Очевидно, что рассматривать только упругое решение соответствующих задач особого смысла не имеет, поскольку в этих задачах напряжения ниже предела текучести материала. Для учета влияния водорода следует основываться на решении пластических или упругопластических задач. При их решении находятся области пластических деформаций, в которые облегчено проникновение водорода за счет движения дислокаций и диффузии. Это дает возможность установить изменение механических свойств материалов в указанных пластических областях, что непосредственно отражается на результатах оценок параметров прочности и ресурса. С другой стороны, особенности НДС влияют на концентрацию водорода в рассматриваемых пластических областях. Задачу, таким образом, следует рассматривать как связную задачу так называемой ―водородной пластичности‖. Этот термин носит, по-видимому, несколько условный характер и нуждается в определенных пояснениях.

Механизм пластической деформации материалов обусловлен, как известно, движением дислокаций.

С этим процессом связывают и возможность

проникновения водорода в металл. Предварительно водород адсорбируется на поверхности металла, и только после приложения нагрузки достаточно большой величины, когда возникают пластические деформации, подвижные дислокации захватывают водородные облака и ―втягивают‖ водород во внутренние области металла. Внутри объема металла происходит перераспределение водорода: за счет направленной диффузии осуществляется концентрация водорода в зонах, характеризуемых наличием внутренних дефектов в металле и особенностями структуры, а также в зонах с повышенными градиентами напряжений. Отсюда следует, как уже упоминалось выше, что в основе взаимодействия водорода с металлами лежа два механизма – дислокационный, связанный с движением дислокаций, и диффузионный, обусловленный, в основном, временем взаимодействия водорода и металла. Этим процессам способствует повышенное давление, причем, как показывают исследования, концентрация водорода в металле пропорциональна

Более подробно проблемы, связанные с взаимодействием водорода с металлами, приведены в литературе [4]. Важное значение придается проблеме обратимой водородной хрупкости, которую можно объяснить тем, что если нагрузку на элемент конструкции снять до появления трещин или других дефектов, то в результате диффузии концентрация водорода по объему металла постепенно выравнивается, и при этом устраняется выделение водорода у скопления дислокаций. Благодаря этому влияние водорода на свойства материала существенно уменьшается. При обратимой водородной хрупкости перенос водорода может осуществляться не только путем транспортировки атомов водорода подвижными дислокациями, но и в результате восходящей диффузии водорода в зоны трехосного растяжения, которыми могут быть различные концентраторы напряжений, дефекты, трещины и т.д. Поскольку

трудно различить те условия, в которых развивается дислокационная водородная хрупкость и хрупкость, обусловленная направленной диффузией в поле напряжений, эти два процесса обычно объединяют [4]. Тогда уравнение, описывающее концентрацию водорода в определенном объеме с учетом механизма дислокационного переноса и направленной диффузии, принимает вид

В этом уравнении B – параметр системы ―водород – металл‖, зависящий от массы атома водорода, транспортируемых дислокацией единичной длины, плотности дислокаций, участвующих в скольжении, среднего расстояния

представление о механизме водородной хрупкости. Эти данные могут быть использованы при формулировке требований, предъявляемых к испытаниям конструкционных материалов в среде газообразного водорода высокого давления, что крайне важно при разработке кислородноводородных ЖРД. Эти же данные обычно полагаются в основу построения моделей влияния водорода на свойства материалов.

Модель влияния водорода на пластичность материала

Как показывают результаты исследований, зависимость пластичности материала от концентрации водорода носит монотонно убывающий характер, и поэтому может быть представлена в виде

пластичность материала при отсутствии водорода. Представим процесс нагружения элемента

конструкции как состоящим из двух этапов. Первый этап характеризуется относительно малым временем, в этот момент осуществляется активное нагружение элемента конструкции до уровня

номинальных напряжений in или деформаций

ein . Будем считать первый этап нагружения

начальным моментом времени для уравнения (2), в котором следует пренебречь диффузионными процессами, то есть положить D = 0. при этом из уравнения (2), если считать его одномерным

( x ), следует простое уравнение

70

Решение этого уравнения при начальном условии C(x,0) = 0 и граничном условии C(x,t) = 0

выражения (5), представляет собой интенсивность пластических деформаций.

Выражение (5) можно рассматривать как начальное и граничное условия для решения задачи на втором этапе нагружения, когда дислокационные процессы будут сведены к минимуму, а превалирующими будут диффузионные процессы в металле элемента конструкции.

Предположим, что элемент конструкции

Сучетом (6), а также зависимости

одномерного уравнения диффузии (2) принимает вид

поскольку она содержит физические величины, определяемые в большинстве случаев с точностью до порядка [4]. Это достигается экспериментальным путем. Подстановка (7) в (3)

функция, связанная с гидростатическим напряжением и деформацией в зоне концентрации напряжений, а также диффузией водорода.