Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научных основ и программного обеспечения оценки сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики для предупреждения чрезвычайных ситуаций техногенного характера

Докладчик: Кибец Александр Иванович

Должность: главный научный сотрудник, д.ф.-м.н., проф.

Цель проекта:
1. Проблема, на решение которой направлен реализуемый проект - анализ сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики для предупреждения чрезвычайных ситуаций техногенного характера. 2. Цель проекта - создание комплекса научно-технических решений для оценки сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики для предупреждения чрезвычайных ситуаций техногенного характера. Конечный продукт – а) экспериментальный образец программного обеспечения (ЭО ПО) численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием. б) проект технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка программного обеспечения оценки сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики для предупреждения чрезвычайных ситуаций техногенного характера». Место и роль проекта и его результатов в решении задачи/проблемы Разрабатываемые в ходе выполнения проекта методика, алгоритм и ЭО ПО позволят проводить теоретический анализ сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики, повысить достоверность и эффективность оценки их безопасности для предупреждения чрезвычайных ситуаций техногенного характера.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Краткое описание основных результатов:
а) методика численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием;
б) алгоритм численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием;
в) экспериментальный образец программного обеспечения (далее – ЭО ПО) численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием;
г) предложения и рекомендации по использованию разработанного научно-технического задела;
д) сформулированные технические требования в виде проекта технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка программного обеспечения оценки сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики для предупреждения чрезвычайных ситуаций техногенного характера».

2. Основные характеристики планируемых результатов, планируемой научной продукции.

Методика численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым должна обеспечивать выполнение следующих функций:
а) численное моделирование контакта заглубленных объектов атомной энергетики с грунтовым основанием с учетом трения;
б) получение оценки прочности заглубленных объектов атомной энергетики в условиях сейсмических воздействий.
Методика исследования должна учитывать многослойность грунтового основания, влияние поля тяготения Земли, контактное взаимодействие заглубленных объектов атомной энергетики с грунтовым основанием; моделировать слабо отражающие граничные условия.
Алгоритм численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием должен обеспечивать точность расчетов с погрешностью не более 10%.
ЭО ПО численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием должны обеспечивает устойчивость счета и адекватность описания с погрешностью не более 10%.

3. Оценка элементов новизны научных решений, применявшихся методик и решений.
Изучение динамического контактного взаимодействия сооружения с грунтовым основанием – одна из основных проблем теории сейсмостойкости. Расчет прочности конструкции с учетом контакта с грунтом при сейсмическом воздействии сопряжен с численным решением трехмерных задач динамики. Такие исследования из-за больших размеров расчетной области чрезвычайно трудоемки даже для современных высокопроизводительных вычислительных систем. Разрабатываемые в настоящем проекте методика, алгоритм и ЭО ПО путем введения обоснованных допущений позволят многократно сократить вычислительные затраты без существенной потери в точности решения. Предлагаемый подход соответствует современному уровню теоретических исследований и компьютерного моделирования. Программные модули ЭО ПО будут способны к правовой охране.

4. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.
По своим функциональным возможностям ЭО ПО будет соответствовать современным вычислительным комплексам (LS-DYNA, ABAQUS).

5. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
Для достижения заявленных результатов будут выполнены следующие работы.
а) Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках НИР
б) Патентные исследования по ГОСТ 15.011-96.
в) Исследование, обоснование и выбор методов и средств, направлений исследований и способов решения поставленных задач.
г) Сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичной тематике.
д) Разработка методики численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием.
е) Разработка алгоритма численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием.
ж) Разработка экспериментального образца программного обеспечения численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием.
и) Разработка программы и методик проведения экспериментальных исследований ЭО ПО.
к) Проведение экспериментальных исследований ЭО ПО по разработанной Программе и методикам.
л) Разработка программной документации на ЭО ПО
м) Проведение вычислительных экспериментов по исследованию сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием с применением разработанного ЭО ПО и экспериментально-теоретических данных о сейсмическом воздействии.
н) Обобщение и оценка полученных результатов.
о) Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.
п) Выработка предложений и рекомендаций по использованию разработанного научно-технического задела
р) Разработка проекта ТЗ на ОКР по теме: «Разработка программного обеспечения оценки сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики для предупреждения чрезвычайных ситуаций техногенного характера».
Качество исследований будет определяться строгой математической постановкой рассматриваемой задачи, использованием современных достижений в области механики деформируемой среды, численных методов и информационных технологий. Для проведения компьютерного моделирования исследуемых процессов будут применяться сертифицированные программные средства. Разработка ЭО ПО будет осуществлена на основе вычислительного комплекса «Динамика-3» созданного участниками авторского коллектива проекта и аттестованного в научно-техническом центре по ядерной и радиационной безопасности (регистрационный паспорт аттестации ПС № 325 от 18.04.2013). Для исследования механических свойств материалов и конструкций, необходимых для оценки сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики, будут использован комплекс сертифицированных экспериментальных установок и стендов, измерительных систем для проведения исследования на лабораторных образцах и элементах конструкций. Действующие экспериментальные установки и стенды по своим возможностям находятся на уровне самых современных испытательных комплексов.
В ННГУ с 2007г. действует система менеджмента качества для обеспечения качества работ, выполняемых по заказу предприятий ГК Росатом и Министерства обороны.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Описание областей применения планируемых результатов.
Методика, алгоритм и экспериментальный образец программного обеспечения, которые будут разработаны в ходе предлагаемого проекта, будут востребованы в атомной энергетике, химической промышленности, нефте и газодобывающей промышленности, гражданском строительстве и в других секторах экономики, где присутствуют потенциально опасные объекты:. На их основе можно будет проводить теоретические исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомных электростанций, сосудов высокого давления, трубопроводов и других ответственных конструкций.

2. Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования.
Создаваемые программные модули ЭО ПО (программы для ЭВМ) охранноспособны и будут зарегистрированы с целью их дальнейшей коммерциализации.
Результаты проекта будут использованы в ННГУ при проведении фундаментальных и прикладных исследований в области механики, а также в образовательном процессе при разработке программ спецкурсов для студентов и магистров механико-математического факультета.
ННГУ принимает активное участие в тендерах на заключение контрактов на проведение прикладных научно-исследовательских работ и опытно конструкторских работ с предприятиями государственной корпорации «Росатом» (ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, ОАО «ОКБМ Африкантов», ОАО «НИАЭП»). В частности, в 2013 г. ННГУ выиграл конкурс на право заключения договора на тему «Белорусская АЭС. Энергоблок №1,2. Подземные трубопроводы систем охлаждения. Расчеты прочности».
В рамках продолжающихся и вновь заключаемых контрактов между Исполнителем проекта (ННГУ), его Индустриальным Партнером (ООО «РиКо») и предприятиями госкорпорации Росатом результаты проекта (методика, алгоритм, ЭО ПО, рекомендации и проект технического задания на проведение ОКР) будут внедряться в их расчетную практику.

3.Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений; разработка новых технических решений; на изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сфере. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечении развития материально-технической и информационной инфраструктуры.

Использование результатов проекта позволит:
а) повысить сейсмостойкость и безопасность вновь проектируемых в России и за рубежом заглубленных объектов атомной энергетики;
б) снизить их материалоемкость путем оптимизации их массово-габаритных характеристик.
Последующая реализация результатов проекта в системе мониторинга сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики позволит получать научно обоснованные оценки природного и техногенного риска, связанного с использованием атомной энергетики, и прогнозировать экологическую безопасность окружающей среды.
Предполагается активное участие участников творческого коллектива в международных конференциях в Российской Федерации и за рубежом, что будет способствовать развитию международного сотрудничества. Результаты исследований будут выложены на сайте ЦКП «Компьютерная и экспериментальная механика» (http://www.mech.unn.ru/ckp/) и опубликованы в журналах, индексируемых в базе данных Scopus и/или в базе данных WEB of Science.

Текущие результаты проекта:
а) методика численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием;
б) алгоритм численного исследования сейсмостойкости заглубленных объектов атомной энергетики с учетом их контактного взаимодействия с грунтовым основанием.