Фактори зовнішнього і внутрішнього впливу

Фактори зовнішнього і внутрішнього впливу

1. Поняття факторів впливу

Перш ніж почати обговорення понять факторів зовнішнього і внутрішнього впливу з'ясуємо, що розуміється під зовнішнім і, відповідно, внутрішнім. Радянський енциклопедичний словник стверджує, що «Зовнішнє і внутрішнє це - філософські категорії. Зовнішнє висловлює властивості об'єкта як цілого і характеризує його взаємодія з навколишнім середовищем, внутрішнє - висловлює структуру, сутність об'єкта ». Таким чином, можна вважати, що в динаміці зовнішнє характеризує процеси взаємодія об'єкта з середовищем, а внутрішнє - характеризує процеси всередині самого об'єкта.

Як відомо, будь-який матеріальний об'єкт всесвіту, в якій ми існуємо, після його синтезу (тобто створення або виникнення) знаходиться у взаємодії з навколишнім його середовищем. Ця взаємодія триває протягом всього життєвого циклу і закінчується разом з розпадом об'єкта. Тут необхідно зазначити, що термін «життєвий цикл» є цілком технічним і застосовується в техніці для позначення періоду існування будь-якого технічного вироби або системи.

Агенти, через які об'єкт взаємодіє із середовищем, збігаються з формами існування матерії. У відомій нам всесвіту це різного виду поля і потоки частинок речовини. Всі види впливу одного об'єкта на інший саме і зводяться до цих двох різновидів.

У залежності від своїх (тобто притаманних саме йому) особливостей, об'єкт впливає на навколишню його середовище. Особливості об'єкта, про яких ми говоримо, в основному визначаються його організацією, тобто матеріалами з яких складається об'єкт, його структурою, взаємодією його складових частин, видами перетворення енергії в його межах, способом виведення за межі об'єкта продуктів його життєдіяльності або просто втратами речовини і енергії при взаємодії об'єкта з зовнішнім середовищем. Відомо, що вплив об'єкта на навколишнє його середовище неминуче, більшою чи меншою мірою, змінює її, а, отже, і характер та ступінь її впливу на об'єкт, тобто цей процес є, як кажуть, самоузгоджених. У техніці для позначення подібних процесів застосовується термін «зворотний зв'язок».

Власне можна вважати, що природа чи всесвіт це і є сукупність всіх об'єктів всесвітом в усіх формах існування матерії. Тут не зайве може бути додати - і продуктів їх життєдіяльності.

Люди так влаштовані, що будь-яке явище навколишнього світу намагаються спростити, частіше всього за рахунок розбиття складного на більш просте, тобто на складові елементи. Так процес взаємодії з середовищем розбивається на окремо розглядаються процеси впливу середовища на об'єкт і об'єкта на середу. Далі в процесі впливу середовища на об'єкт виділяються його (процесу) окремі сторони або фактори. Процес розбиття на цьому не закінчується, але про це ми поговоримо далі.

З вищевикладеного зрозуміло як виникають поняття «Факторів зовнішнього впливу» або, як їх іноді називають, «Зовнішніх факторів, що впливають». (Треба зауважити, що ці поняття абсолютно ідентичні). Таким чином, під факторами зовнішнього впливу розуміють виділену з сукупності бік, процес, механізм і т. п. впливу середовища на даний об'єкт.

Але функціонування об'єкта не обмежується тільки його взаємодією з зовнішнім середовищем, дуже часто важливішими бачаться взаємодії його складових частин з точки зору їх впливу на функціонування об'єкта і зміна параметрів у часі. Тут ми приходимо до виникнення поняття «Факторів внутрішнього впливу». До них слід відносити зміни в часі властивостей матеріалів складають об'єкт, видів його організації і т. п.

2. Класифікація факторів впливу

Відомо, що якість виробів, а під терміном «виріб» будемо розуміти технічні системи самого різного призначення, закладається на стадії розробки, забезпечується в процесі виробництва і підтримується на стадії експлуатації. Розробляючи вироби, необхідно враховувати умови їх експлуатації, зберігання і транспортування, що характеризуються впливом зовнішніх і внутрішніх факторів.

До зовнішніх факторів в техніці відносять дію навколишнього середовища та особливості експлуатації, пов'язані з місцем установки вироби і (або) умовами його транспортування. Зазначені зовнішні впливи можуть викликати обмеження або втрату працездатності виробу або його складових частин у процесі експлуатації.

Внутрішніми факторами для об'єктів техніки є процеси старіння і зношування. Процеси старіння відбуваються безперервно, причому вони відбуваються як під час роботи, так і під час зберігання і транспортування виробів. Зношування проявляється в основному в процесі експлуатації і залежить від впливу зовнішніх чинників, від режимів експлуатації та роботи виробів. Вірогідність впливу внутрішніх факторів зростає у міру збільшення тривалості експлуатації і при порушенні режимів роботи, які можуть характеризуватися: частотою включень і перемикань, що викликає у виробах перехідні процеси; перенапруги; поштовхами і т. д. Часті включення і переключення деяких виробів можуть також впливати на механічне зношування їх конструктивних елементів. У виробах, призначених для циклічних режимів роботи, істотний вплив на теплові режими надають співвідношення тривалості роботи і перерв. Дія внутрішніх факторів у багатьох випадках залежить від схем і конструкцій виробів.

За часом і характером впливу, режими експлуатації і роботи виробів можуть бути:

безперервними,

періодичними (циклічними),

апериодическими (одноразовими),

повторно - переривчастими,

випадковими.

У класифікаціях чинники зазвичай групують за якоюсь ознакою, тому виділяють фактори механічні, кліматичні і т. д.

Відповідний ГОСТ ділить всі зовнішні впливаючі чинники (ВВФ) на наступні класи: механічні, кліматичні, біологічні, радіаційні, електромагнітні, спеціальних середовищ і термічні.

У свою чергу кожен клас поділяється на групи, а кожна група на види, яким, до речі, відповідають певні види випробувань. Наприклад, клас кліматичних впливів ділиться на групи:

атмосферний тиск,

температура середовища.

вологість повітря або інших газів і т. д.

Групи в свою чергу поділяються на такі види:

атмосферний підвищений або знижений тиск,

зміна атмосферного тиску або його перепад,

підвищена і, відповідно, знижена температура середовища

зміна температури середовища і т. д.

Таким чином, класифікації чинників весняного впливу найчастіше будуються за схемою

Правда іноді від цієї схеми бувають відступу - вводиться ще одна градація або рівень - підгрупа. Приклад такого вилучення має місце у наведеній класифікації стосовно до механічних ФВВ.

Деякі види, групи і класи впливів визначаються призначенням виробів і їх взаємодією з середовищами, створюваними людиною в процесі його діяльності. До таких класів відносяться класи ВВФ:

спеціальних середовищ,

радіаційні,

електромагнітні,

термічні.

Освоєння космосу призвело до необхідності виділення ще одного класу (не передбаченого стандартами), до якого увійшли всі види так званих космічних впливів.

Одна з можливих класифікацій ФВВ наведена на малюнку 1.

Як бачимо з класифікації, до механічних чинників відносять дві їх групи: фактори статичного впливу і фактори динамічного впливу. До факторів статичного впливу належать такі їх види як:

розтяг,

стиск,

вигин,

крутіння,

зріз,

вдавлювання.

Очевидно, що тут класифікація ФВВ повторює види деформації матеріалів.

До механічних чинників динамічного впливу належать такі їх види як вплив:

удару,

прискорення - лінійного чи кутового, що викликає перевантаження або стан повної або часткової невагомості,

вібраційне,

акустичного шуму,

Серед кліматичних факторів звичайно виділяють впливу:

сонячного випромінювання (в приповерхневих шарах атмосфери);

вологи міститься в повітрі або будь-який інший суміші газів (під вологою не обов'язково розуміти тільки пари води - це можуть бути і пари будь-який інший рідини так, наприклад, в атмосфері Юпітера роль води, мабуть, грає метан, у внутрішній атмосфері КА цю роль може виконувати рідке робоче тіло якоїсь із його систем потрапило всередину апарату в результаті протікання магістралей);

випадаючих опадів, до яких зазвичай відносять - дощ, паморозь, сніг, лід і т. п.

атмосфери (газовий склад, наявність домішок у вигляді рідких і твердих аерозолів, частинок пилу, піску.),

тиску аеростатичних або гідростатичного (нормального, підвищеного, зниженого), його змін або перепадів.

До кліматичних факторів можна віднести і такий, в общем-то, механічний за своєю природою, фактор, як вплив руху середовища, тобто вітер, хвильовий рух рідини і т. п.

У біологічних чинниках зазвичай виділяють вплив на технічні системи:

цвілевих грибів та інших мікроорганізмів,

комах,

гризунів.

Іноді у вигляді біологічного фактора впливу зовнішнього середовища можуть виступати і плазуни або тварини, але ймовірність такої ситуації набагато нижче, ніж для гризунів.

Представляється доцільним включення в цей клас ФВВ і вплив людини, яка за своєю руйнівності і масштабами може перевершити вплив інших біологічних факторів.

До радіаційним чинників відносять сукупність іонізуючих випромінювань за якими технічна система може зіткнутися при своїй нормальної експлуатації. Це потоки α - і β - частинок, протонів і нейтронів; γ - Re-і УФ-випромінювання. Необхідно відзначити, що чинники цього класу здебільшого мають техногенне походження.

Це ж, в основному, можна сказати і про такий клас факторів, як вплив спеціальних середовищ. Мається на увазі вплив в основному хімічну, тобто кислот, лугів, розчинників і розчинів хімічно активних речовин.

Термічні дії в деяких випадку розглядаються як частина кліматичних впливів, а, в інших випадках, виділяють в окремий клас. До них відносять вплив підвищеної, низької температури, її періодичні (т. зв. Термоциклювання) і неперіодичні зміни.

До факторів зовнішнього впливу космічного простору в районі Землі або аналогічного космічного тіла можна віднести вплив:

вакууму;

власної зовнішньої атмосфери космічного апарату;

атмосфери планети (склад і температура атмосфери);

потоків нейтральних частинок в залежності від їх складу і швидкості;

потоків заряджених частинок, що генеруються в атмосфері планети;

«Сонячного вітру»;

сонячного космічного випромінювання;

електромагнітного випромінювання Сонця (звичайно весь спектр його електромагнітних випромінювань випромінювань розбивають на ряд ділянок);

відбитого планетою Сонячного випромінювання;

власного теплового випромінювання планети (побічно цей фактор характеризує температуру грунту планети і ступінь його чорноти);

Галактичних космічних випромінювань;

потоків міжпланетного пилу і метеорних частинок;

магнітного поля планети;

вморожений магнітного поля «Сонячного вітру»;

і т. д.

Необхідно зауважити, що іноді одночасну дію кількох чинників класифікується як незалежний фактор, так одночасний вплив вібрації і ударного навантаження класифікується як тряска - ще один вид механічного навантаження технічних об'єктів.

Класифікація, наведена вище, не претендує ні на повноту, ні на універсальність. Це, загалом-то, і не потрібно тому що для різних технічних об'єктів і систем набір ФВВ буде свій, специфічний, що відображає як особливості об'єкта, так і умови його експлуатації.

Вплив зовнішніх і внутрішніх факторів на матеріали виробів проявляються в основному шляхом:

адсорбційного,

дифузійного,

хімічного,

корозійної та

радіаційного механізмів впливу.

Відбуваються при цьому фізико-хімічні процеси призводять до змін значень параметрів і характеристик матеріалів і виробів, у ряді випадків викликає відмови. Можливі зміни незворотні і оборотні. Прикладами необоротних змін є корозія металів, зміна структури матеріалів при інтенсивному радіоактивному опроміненні і т. д. До оборотним змін відносяться такі, як відновлення властивостей матеріалу, адсорбованого гази або вологу своєю поверхнею; відновлення властивостей, значень параметрів і характеристик виробів після припинення температурних впливів і т. п.

Таким чином, виникнення відмов можна представити як тимчасової кінетичний процес, залежить від змін структури і властивостей матеріалів, з яких виготовлено виріб.

Фізико-хімічні процеси, що виникають у матеріалах, можуть відбуватися в обсязі і на поверхні виробів, в електричних ланцюгах, у рухливих і нерухомих з'єднаннях. Причиною, що приводить до появи зазначених процесів, є вплив зовнішньої енергії, що перетворюється при цьому з одного виду в інший.

Найбільш часто на вироби впливають такі види енергії:

теплова,

електрична,

електромагнітна,

механічна і

хімічна.

Кожному виду енергії відповідає певний характер взаємодії між частками у відповідних енергетичних полях. Під дією енергії одного або декількох видів у виробах виникають фізико-хімічні процеси, які можуть призводити до відмов. Найбільш поширені такі причини виникнення відмов:

теплове руйнування (втрата теплової стійкості, перегорання, розплавлення і т. д.),

деформація і механічне руйнування, включаючи порушення контактів, обриви і короткі замикання, порушення механічних фіксацій і т. д.,

електричне руйнування (пробою, порушення електричної міцності і т. д.),

електрохімічна корозія,

радіаційне руйнування,

зношування виробів,

забруднення поверхонь деталей та виробів (порушення контактів, зміна фотометричних характеристик, погіршення зорового сприйняття інформації і т. д.)

Одним із шляхів підвищення якості виробів можна вважати вивчення фізико-хімічних процесів у матеріалах, елементах і готових виробах, що відбуваються на стадії експлуатації, з метою їх обліку на стадіях розробки та виробництва.

Особливого значення набувають знання зазначених процесів для правильної організації випробувань та аналізу їх результатів, що ми будемо засуджувати на п'ятому курсі.

Для того щоб підкреслити важливість розглянутих нами процесів і явищ наведемо дані про вплив деяких ФВВ на апаратуру і матеріали при різних умовах (див. таблицю 1.).

Таблиця 1. Відмови апаратури військового призначення та матеріалів при різних умовах.

Короткому розгляду впливу механічних кліматичних, біологічних, корозійних, радіаційних і космічних чинників на об'єкти ракетно-космічної техніки як наземного, так і космічного базування і присвячено цей курс лекцій.

3. Сукупності факторів зовнішнього впливу

Не складно зрозуміти, що в природі практично жоден фактор не діє відокремлено. Об'єкт завжди знаходиться під впливом певної сукупності чинників, причому сумарний вплив цієї сукупності, як правило, не просто сума впливу окремо взятих факторів. Сумарний вплив факторів зовнішнього середовища на конкретну технічну систему непросто описати і математичної моделлю і дуже часто це питання може бути дозволений (з більшою чи меншою точністю) тільки шляхом проведення т. зв. комбінованих випробувань.

Приклади цього можна знайти як на Землі, так і в космосі.

Так в результаті сумарного впливу іонізуючих випромінювань і вакууму космічного простору швидкість руйнування пластичних мас помітно вище, ніж при окремому вплив кожного з зазначених факторів.

Необхідно відзначити і ще один момент - для кожного району космічного простору набір діючих факторів і величини їх впливу, в общем-то, індивідуальний. Ці відмінності залежать від відстані до Сонця, від відстані до інших небесних тіл сонячної системи, і від положення розглянутої точки відносно площини екліптики і т. д. У будь-якому випадку дія окремих ФВВ та їх сукупності, характерної для даної точки простору індивідуально.

Точно так само для кожної даної місцевості на Землі існує не просто випадковий набір факторів, а їх сукупність. У загальному випадку ця сукупність ФВВ залежить від географічних координат даної місцевості, від рельєфу, причому не тільки самої місцевості, а й від оточуючих її місцевостей, від інших характеристик т. н. підстилаючої поверхні таких, наприклад, як стійкість грунту до дії вітрової ерозії, наявності великих обсягів води і т. п.

Так в пустелі не слід чекати високої вологості повітря, але навпаки слід очікувати помітних змін температури протягом доби. Якщо розглянута нами місцевість знаходиться недалеко від екватора, і десь поруч є великі маси води (припустимо, недалеко розташовано море), то апріорі можна сказати, що панівним напрямком вітру влітку буде від моря, а взимку навпаки. Зрозуміло, що вологість в такій місцевості буде вище влітку. Не слід, зрозуміло, вважати, що, знаючи якийсь один «найголовніший» параметр ми вже знаємо весь набір факторів. Але розумні припущення про те, на які фактори необхідно звернути увагу, стосовно даної місцевості, зробити можливо. Таким чином, існує можливість, знаючи параметри місцевості, де передбачається використовувати розроблювану технічну систему, зробити розумні припущення про умови, в яких цій системі доведеться працювати, тобто про набір факторів зовнішнього впливу середовища. Далі, зрозуміло, необхідно з'ясувати реальні значення параметрів кожного фактора і провести детальний аналіз їх впливу на систему, що розробляється по одному і в тих поєднаннях, які можуть реалізуватися в даній місцевості.

Вище йшла мова про взаємний зв'язок між кліматичними чинниками середовища. Однак існують зв'язки кліматичних факторів з іншими характерними для даної місцевості. Так, землетруси і викликані ними впливу на систему механічних чинників, швидше за все, слід очікувати на кордонах т. н. «Платформ» або «щитів». Зовні ці межі досить часто прив'язані до певних видів рельєфу, перш за все до гір. Але гірський клімат достатньо специфічний і визначити, апріорі, набір основних факторів зовнішнього впливу для нього не так вже й складно.

Далі, якщо ми розглядаємо місцевість досить плоску і оточену настільки ж невираженим рельєфом, то можна припускати, що повітря в такій місцевості може розганятися до великих швидкостей. Якщо при цьому на шляху його руху є грунту схильні до вітрової ерозії, то слід припускати можливість пилових або піщаних бур. Якими вони можуть - бути залежить від виду грунтів. У будь-якому випадку може мати місце механічний вплив повітряного потоку з пилом на елементи технічної системи. Поблизу від великих промислових центрів слід очікувати присутність у повітрі корозійно-активних агентів, їх же присутність може виявлятися і на досить великих віддалях від їхнього джерела, але в напрямку переважного руху повітряних мас. Приклади такого роду можна продовжувати і далі, але і так зрозуміло про що йде мова.

У той же час необхідно звернути вашу увагу на ще один аспект проблеми - на зв'язок інших не кліматичних факторів зовнішнього впливу з кліматичними. Мається на увазі зв'язок, наприклад, біологічних і кліматичних факторів. Як і вище цей зв'язок не жорстка, не однозначна, але й тут можна апріорі зробити розумні припущення.

Відомо, що біологічні організми, в тому числі і ті які ми змушені розглядати як фактори зовнішнього впливу на наші системи, не можуть мешкати в середовищі з довільними параметрами. Для їх існування необхідний певний діапазон температур, вологості та інших параметрів зовнішнього середовища. Якщо ми знаємо цей набір для якогось організму, який може виступити в ролі шкідливого чинника для нашої техніки, то ми можемо оцінити, чи є необхідність розглядати в даному конкретному випадку вплив саме цього організму або її немає.

Зрозуміло, що для технічних систем, які будуть використовуватися в тундрі навряд чи необхідно до біологічних факторів зовнішнього середовища відносити термітів (ну не живуть вони в тундрі). У той же час якщо ви проектуєте технічну систему для якої-небудь африканської чи латиноамериканської країни, то необхідно з'ясувати, чи не живуть вони на території цієї країни. Аналогічно можна вирішити питання і щодо інших біологічних чи небіологічних факторів.

З вищевикладеного випливає, що набір факторів зовнішнього впливу, який необхідно враховувати при розробці технічної системи, наприклад наземного базування, не є довільним і багато в чому залежить від клімату місцевості, де передбачається використовувати систему, що розробляється. Вже під час попереднього аналізу можна приблизно оцінити можливий набір цих факторів і отранжіровать їх за ступенем важливості для системи, що розробляється. Але далі обов'язково повинен слідувати етап уточнення даних про ці фактори і, відповідно, новий етап аналізу, але на цьому етапі вже немає необхідності знову розглядати всі фактори, досить проаналізувати лише суттєві. Це ж справедливо і відносно систем космічного базування.