Методика прогнозирования колебаний наземных объектов при импульсном воздействии воздушных ударных волн

Одной из проблем обеспечения промышленной безопасности при ведении взрывных работ является снижение негативного воздействия воздушных ударных волн (ВУВ) на наземные объекты. Традиционно прогнозирование динамического воздействия ВУВ основывается на эмпирических закономерностях избыточного давления воздуха, на использовании известных программных комплексов инженерного анализа. Рассмотрена методика повышения точности прогноза динамического воздействия ВУВ путем экспериментального определения набора собственных колебательных мод охраняемого объекта. В основу методики положены дифференциальные уравнения затухающих колебаний под действием вынуждающей силы. Общее решение для колебательной скорости находится в виде линейной суперпозиции колебательных мод. После прекращения действия вынуждающей силы решение для колебательной моды аппроксимируется уравнением затухающих колебаний. Апробация методики проводилась путем исследования воздействия импульсов ВУВ от взрывных работ по утилизации боеприпасов на жилой дом. Для регистрации эпюр ВУВ и компонент колебательной скорости крыши здания использовалась сейсмическая станция Blastmate III. Проведено моделирование радиальной компоненты скорости колебаний для количества мод 1—9. Параметры колебаний зданий определялись путем достижения наилучшего согласия между модельной и экспериментальной кривыми колебательной скорости. Оценены ошибки определения амплитуды и частоты колебательных мод. Выделение свободных затухающих колебаний здания позволяет спрогнозировать максимальное значение пиковой колебательной скорости. Установлено, что при одномодовом представлении колебательной скорости значение коэффициента затухания колебаний в два раза больше аналогичного параметра в случае многомодового представления. С возрастанием пикового давления в ВУВ в наборе колебательных мод возрастает доминирование низкочастотных компонент. При малых пиковых избыточных давлениях в ВУВ частоты колебательных мод здания, в основном, подчиняются закону нормального распределения.

Холодилов А. Н., Виноградов Ю. И. Методика прогнозирования колебаний наземных объектов при импульсном воздействии воздушных ударных волн // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 2. – С. 55–63. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-2-0-55-63.

Холодилов Андрей Николаевич — канд. физ.-мат. наук, доцент, e-mail: kholodilov@mail.ru, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения,
Виноградов Юрий Иванович — канд. техн. наук, доцент, Санкт-Петербургский горный университет.

Холодилов А.Н., e-mail: kholodilov@mail.ru

1. Ганопольский М. И. Результаты экспериментальных исследований ударных воздушных волн при взрывах на земной поверхности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № S2-3. — С. 5—37.

2. Dharma Rao V., Srinivas Kumar A., Venkateswara Rao K., Krishna Prasad V. S. R. Theoretical and experimental studies on blast wave propagation in air // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2015. Vol. 40. No 1. Pp. 138—143. DOI: 10.1002/prep.201400042.

3. Ненахов И. А., Фоменкова В. Е., Кириллов С. С., Ганопольский М. И. Прогнозирование величины давления акустических воздушных волн при разрыхлении скального грунта зарядами ГДШ // Евразийский союз ученых. — 2015. — № 12–5 (21). — С. 83— 86.

4. Потапов В. П., Счастливцев Е. Л., Харлампенков И. Е. Оценка шумового воздействия массовых взрывов при ведении горных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — СВ 23. — С. 574—579. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-23-574-579.

5. Вальгер С. А., Данилов М. Н., Федорова Н. Н., Федоров А. В. Сравнение данных моделирования ударно-волнового воздействия на сооружения с использованием AUTODYN и LS-DYNA // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2014. — № 11. — С. 77–92.

6. Мкртычев О. В., Савенков А. Ю. Численное моделирование фронта воздушной ударной волны при взрыве в воздухе и над землей в программном комплексе LS-DYNA // Cтроительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2018. — Т. 14. — № 6. — С. 467—474. DOI: 10.22363/1815-5235-2018-14-6-467-474.

7. Aloui M., Bleuzen Y., Essefi E., Abbes C. Ground vibrations and air blast effects induced by blasting in open pit mines: case of Metlaoui mining basin, Southwestern Tunisia // Journal of Geology & Geophysics. 2016. Vol. 5. No 3. Pp. 1—8. DOI: 10.4172/2381-8719.1000247.

8. Bui X.-N., Nguyen H., Le H.-A., Bui H.-B., Do N.-H. Prediction of blast-induced air overpressure in open-pit mine: assessment of different artificial intelligence techniques // Natural Resources Research. 2020. Vol. 21. Pp. 571—591. DOI: 10.1007/s11053-019-09461-0.

9. Alel M. N. A., Upom M. R. A., Abdullah R. A., Mohd Hazreek Zainal Abidin. Optimizing blasting’s air overpressure prediction model using swarm intelligence // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 995. DOI: 10.1088/1742-6596/995/1/012046.

10. Hajihassani M., Armaghani D. J., Sohaei H., Mohamad E. T., Marto A. Prediction of airblast-overpressure induced by blasting using a hybrid artificial neural network and particle swarm optimization // Applied Acoustics. 2014. Vol. 80. Pp. 57—67. DOI: 10.1016/j.apacoust.2014.01.005.

11. Артемов В. А., Виноградов Ю. И., Парамонов Г. П., Холодилов А. Н. Оценка влияния взрывных работ на людей, находящихся в наземных сооружениях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2007. — № S5. — С. 410—414.

12. Хусаинова Р. З., Чуйков Ю. С. Проблемы экологической безопасности и безопасности персонала и населения при утилизации непригодных к использованию боеприпасов // Астраханский вестник экологического образования. — 2013. — № 2 (24). — С. 156—169.