CC BY
44
Список использованной литературы
1. Епихин А.В. Система космического мониторинга МЧС России/ А.В. Епихин// Земля из космоса - 2010. -№ 4. - С. 34-35
2. Тертышников А.В. Оперативный космический мониторинг ЧС: история состояние и перспективы/ А.В. Тертышников, А.А. Кучейко// Земля из космоса - 2010. -№ 4. - С. 7-11
3. Тестоедов Н.А. Об отечественной системе космического мониторинга чрезвычайных ситуаций/ Н.А. Тестоедов, В.В. Двирный, А.А. Носенков, М.В. Елфимова// Вестник СибГАУ - 2012. -№ 4. - С. 130-134
МЕТОД ДИНАМИКИ ЧАСТИЦ - УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
В.В. Посметьев, директор, к.ф.-м.н., ООО «Доступная робототехника», г. Воронеж
Е.В. Калач, доцент, к.т.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
В.А. Логинов, доцент, к.т.н., ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж
Математическое моделирование представляет широкие возможности для прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, изучения их физической природы, разработки защитных мер. К настоящему времени разработаны универсальные методы и технологии моделирования, позволяющие получить максимально полезную математическую модель для широкого класса явлений и процессов. К современным математическим моделям предъявляются высокие требования: модель должна быть имитационного уровня, чтобы на экране компьютера можно было увидеть эволюцию моделируемого объекта и визуально проанализировать его особенности. Также, модель должна всесторонне описывать объект или процесс, должна иметь высокую детализацию, высокое пространственное и временное разрешение. Модель должна предоставлять широкие возможности ее исследования и возможность моделирования не только заданного объекта, но и разнообразных его вариантов и похожих по физической природе объектов.
С точки зрения физики и математики большинство чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера связаны с эволюцией определенной среды (снег, селевый поток, нефть на водной поверхности, деревянная строительная конструкция, обрушающаяся при пожаре и т.п.). Поэтому в основе математических моделей должен лежать высокоэффективный метод моделирования сред [1].
Одним из наилучших в настоящее время методом моделирования сред является метод динамики частиц (МДЧ) [2-3], в рамках которого моделируемая среда представляется совокупностью большого количества элементов шарообразной (в трехмерной модели) или круговой (в двумерной модели) формы (рис.). В элементы закладываются основные свойства среды: плотность, модуль упругости, коэффициенты внутреннего трения, предел прочности на разрыв и т.п. В рамках модели элементы взаимодействуют между собой упруго-вязкими силами и движутся в пространстве по законам классической механики. Уравнения движения элементов составляются на основе второго закона Ньютона. Для интегрирования уравнений движения элементов используется метод Рунге-Кутта второго порядка.
Рис. Моделирование различных чрезвычайных ситуаций методом динамики частиц а - сход снежной лавины; б - движение селевого потока; в - разлив нефти; г - обрушение строительной конструкции при пожаре
Большим преимуществом МДЧ по сравнению с многочисленными конечноэлементными методами и методами сплошной среды является воспроизведение фрагментации. Чрезвычайные ситуации практически всегда связаны либо со сложным разрывным движением среды, либо с разрушением техногенных объектов, поэтому фрагментация является ключевым процессом. Для воспроизведения фрагментации в МДЧ элементы, изначально связанные друг с другом, могут отрываться друг от друга, если силы, действующие на них, превысят определенное критическое значение. Фрагментация позволяет учесть
в модели рассыпчатость снежной массы, образующей лавину (рис. 1 а) [4], образование капель жидкости (рис. 1 б, в) [5, 6], разрушение строительных конструкций (рис. 1 г) [7] и т.п. Метод МДЧ предоставляет широкие возможности, чтобы задать форму и структуру природных и искусственных объектов на этапе начального размещения элементов.
В зависимости от особенностей моделируемого объекта МДЧ-модель дополняется уравнениями, описывающими параллельно протекающие процессы. Например, при моделировании пожаров к уравнениям движения элементов добавляются сеточные уравнения тепло- и массопереноса (рис. 1 г).
Для имитационного моделирования широко используются современные персональные компьютеры. При реализации метода МДЧ на основе системы дифференциальных и алгебраических уравнений, а также алгоритмических элементов, лежащих в основе модели, необходимо составить компьютерную программу, которая позволит проводить компьютерные эксперименты с моделью и всесторонне ее исследовать. Как правило, для высокоадекватных, но в то же время быстроразрабатываемых моделей, текст программы содержит порядка 2000 строк.
Математическая модель не является самоцелью и представляет собой только первый этап работы. Второй этап заключается в масштабном теоретическом исследовании модели с целью изучения природы объекта, возможностей прогнозирования чрезвычайных ситуаций и разработки защитных мер. Высокоадекватные модели позволяют варьировать десятки и сотни параметров объекта: геометрические параметры природных и техногенных объектов, физические параметры среды, параметры внешних воздействий. На этапе исследования высокоадекватной модели можно построить десятки комплектов графиков разнообразных зависимостей и установить влияние входных параметров на показатели поражающего действия. На этапе исследования моделей может быть получено множество графических материалов - картограммы и номограммы - для быстрого прогнозирования чрезвычайных ситуаций сотрудниками служб МЧС.
Таким образом, основными принципами эффективного моделирования природных и техногенных чрезвычайных ситуаций являются использование метода динамики частиц для представления сред, включение в модель дополнительных подсистем, ориентация на компьютерный эксперимент и масштабное теоретическое исследование.
Список использованной литературы
1. Гулд Х., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. Ч. 2. -М.: Мир, 1990. - 400 с.
2. Monaghan J. Smoothed Particle Hydrodynamics // Annu. Rev. Astron. Astrophys. 1992. - Vol 30. - P. 543-574.
3. Кривцов А.М. Деформирование и разрушение тел с микроструктурой / А.М. Кривцов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 304 с.
4. Соловьев А.С. О природе снежной лавины / А.С. Соловьев, А.В. Калач, С.А. Псарев // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. - 2012 г. - № 2. - С. 4-9.
5. Васенин А.Ю., Калач А.В., Посметьев В.В. Прогнозирование селевых потоков на основе математического моделирования для организации подразделениями МЧС и МВД профилактических и спасательных мероприятий // Современные методы прикладной математики, теории управления и компьютерных технологий: Сб. трудов VI междунар. конф. «ПМТУКТ-2013». -Воронеж, 2013. - С. 61-62.
6. Бондарев А.С., Калач А.В., Посметьев В.В. Математическое моделирование чрезвычайных ситуаций в акватории порта, связанных с разливом нефти // Современные методы прикладной математики, теории управления и компьютерных технологий: Сб. трудов VI междунар. конф. «ПМТУКТ-2013». - Воронеж, 2013. - С. 53-55.
7. Атапин А.А., Калач А.В., Посметьев В.В. Моделирование обрушения строительных конструкций при пожаре // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы: Сб. статей по матер. VI Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. уч. - Воронеж, 2015. - Ч.1. - С. 118-120.
АНАЛИЗ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДТП НА ТЕРРИТОРИИ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ
О.А. Пригородова, студентка, А.В. Звягинцева, доцент, к.т.н., Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж
Дорожно-транспортные происшествия неизбежны в процессе дорожного движения. Совершенных систем не существует и, если уж человеческий организм, который создала природа, дает сбои, то автомобиль - творение рук человеческих - иногда ведет себя непредсказуемо. Череда нелепых случайностей порой приводит к страшным трагедиям на дороге. Чаще всего причиной ДТП является нарушение правил дорожного движения, например, езда за рулем в нетрезвом виде, чем грешат не только отечественные водители, но и автомобилисты за рубежом. Если верить официальной статистике Государственной инспекции безопасности дорожного движения (ГИБДД), только на территории Российской Федерации в результате ДТП в год погибает около 30 тысяч человек, более 200 тысяч получают травмы. Аварии на дорогах со стремительной скоростью растут, и многие специалисты считают, что дорожно-транспортные происшествия могут увеличить показатель смертности в мире в ближайшие двадцать лет на 66 %, что поставит данный вид смертности в один ряд со стихийными бедствиями.
Дорожно-транспортным происшествиями (ДТП) называется происшествие, возникшее в процессе движения механических транспортных
