Визначення можливого руйнування

Вітер починає руйнувати при швидкості приблизно 20 м/сек., людина тримається на ногах при швидкості вітру до 36 м/сек..

Руйнування предметів, конструкцій, будинків, споруд визначається гальмуванням руху повітряних мас. Динамічне навантаження гальмування, яке утворюється потоком повітря, називається тиском швидкісного напору. Одиниця тиску – паскаль (кПа).

Швидкісний напір знаходиться у прямий залежності від швидкості і густини повітря і дорівнює: D Р_ШВ. = r*n ²/2

Густина повітря залежить від висоти, температури, прискорення вільного падіння і може бути у необхідних випадках визначена за формулою:

r = r₀ * е ^{m * g * h / R* T}

Проте вплив вище згаданих факторів на густину незначний, і тому при проведенні розрахунків ступеню руйнувань значення густини можна вважати постійним і приймати рівним 1.293 (для висот над рівнем моря до 1500 метрів і температурі 0⁰ С).

Емпірична залежність густини повітря від температури задається формулою: r _t = 353 / (273 + t)

Дія тиску швидкісного напору може привести до руйнування будинків і споруд із значною площею поперечного січення. При дії на не великі предмети і елементи обладнання тиск може викликати:

· зміщення (зсовування) предмета або його відкидання;

· перекидання (перевертання) предмету;

· ударне перевантаження, тобто миттєве інерційне руйнування елементів обладнання.

а) Зміщення не закріпленого предмету (обладнання, автомобіль і ін.) відбувається тоді, коли зміщуючи сила буде перевищувати силу тертя:

Р_ЗМ. >= F_TP

Зміщуючи сила залежить від тиску швидкісного напору, площі поперечного січення і коефіцієнта аеродинамічного опору(знаходять за таблицею 3.9):

Р_ЗМ. = С_{Х *} D Р_ШВ.* S

Сила тертя – це добуток ваги предмета на коефіцієнт тертя(знаходять за таблицею 3.8): F_TP = G * f = m * g * f

Таким чином тиск швидкісного напору, при якому предмет зміститися з місця, дорівнює: D Р_ШВ = G * f / С_{Х *} S = m * g * f / С_{Х *} S

Маючи необхідні дані, можна розрахувати, при якій швидкості вітру буде зміщено предмет, а це може викликати його руйнування.

Приклад 3.4 Будинок навчального комп’ютерного центру розташований в місцевості, де можливі короткочасні посилення вітру до штормового і шквалистого. Розрахувати, при якій швидкості вітру може трапитися звалювання учбового обладнання з стільців і його руйнування. Довідкові дані: розмір процесора – 0.5 * 02 *0.4 м, його маса 25 кг.

Рішення: 1. D Р_ШВ = G * f / С_{Х *} S = 0.65 * 25 *9.8/ 1.6 * (0.5 * 0.4) = 497.65 Па

2. Швидкість вітру можна розрахувати за формулою:

V _B = (1.41/ψ)* = (1.41/0.5) * 22.31=62.91м/сек.. Тут: ψ – зменшення швидкості вітру при проходженні через прорізи в будинках (вікнах, дверях тощо), Δ Р_ШВ. і - надмірний тиск і густина повітря відповідно.

Таким чином при швидкості вітру близько 63 м/с., навчальний центр може зазнати серйозних втрат при умовах, що вікна в приміщенні будуть відкритими.

Таблиця 3.8 - Коефіцієнти тертя різноманітних матеріалів

Найменування матеріалів, що труться	Коефіцієнти тертя
Коефіцієнти тертя сковзання
Сталі по сталі	0.16
металу по лінолеуму	0.2 – 0.4
Металу по деревині	0.2 – 0.5
Гуми по твердому ґрунту	0.4 – 0.6
Гуми по деревині	Продовження таблиці 3.8 0.5 – 0.8
Деревини по деревині	0.2 – 0.5
Коефіцієнти тертя котіння
Сталевого колеса по:
Рельсу	0.05
Кахельний плитці	0.1
Лінолеуму	0.15 – 0.2
Деревині	0.12 – 0.15

 

Таблиця 3.9 – Коефіцієнти аеродинамічного опору С _Х для тіл

Форма тіла	С Х	Напрямок руху повітря
Паралелепіпед, якій має квадратну грань і довжину, яка рівна потрійній стороні квадрату	0.85	Перпендикулярно квадратній грані
Куб	1.6	Перпендикулярно грані
Диск	1.6	Перпендикулярно диску
Квадратна пластина з товщиною, яка рівна 1/ 5 стороні	1.45	Перпендикулярно пластині
Циліндр, h / d = 1	0.4	Перпендикулярно осі циліндра h - висота d - діаметр
h / d = 4	0.43
h / d = 9	0.46
Сфера	0.25
полусфера	0.3	Паралельно основі
піраміда з квадратною основою	1.1	- “ -

 

б) перекидання предмету. Високі предмети (опори ЛЕП, крани з баштами і стрілами, мачти) можуть бути звалені або перекинути вітром. На елемент також діє сила зміщення, моменту сили зміщення протидіє момент сили ваги.

 

 

G

·

b

а

Умовою звалу для незакріплених елементів буде перевищення моменту сили зміщення над моментом сили ваги.

Р_ЗМ * b> = G * a, або Р_ЗМ > = G * a / b

де b – плече аеродинамічної сили зміщення (відстань від точки прикладання сили зміщення до основи), а – плече сили ваги (відстань від проекції центру ваги до краю предмету). За певними даними можна отримати тиск швидкісного напору і швидкість вітру, при яких предмет перекинеться.

Приклад 3.5 В автотранспортному підприємстві на відкритої площадці зберігаються вантажні автомобілі. При якій силі вітру можливе перекидання автомобілів і, як наслідок, їх руйнування? Маса автомобілів – 2000кг, розміри: довжина – 8 м, ширина – 4м, висота – 4м.

Рішення:

1. Перекидання предмету відбувається при Р_ЗМ > = G * a / b = 2000 * 9.8* 2 / 2 = 19.6 кПа.

2. Швидкість вітру, яка може викликати такий тиск: V _B = =

180.7 м/сек. – це можливе тільки при більше ніж ураганному посиленню вітру(або при смерчах).