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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第五节 平安科学的流变突变规律,本节主要内容,一、流变突变理论的背景知识,二、平安流变突变的根本特征,三、平安流变突变的根本理论,四、平安流变突变理论的应用研究,11/11/2024,2,一、流变突变理论的背景知识,“流变 Rheology一词来源于古希腊，意即万物皆流，万物皆变。,“突变 Mutation有彻底改变的意思，最初是1968年Thom在?结构稳定性和形态发生学?著作中提出的。表示事物发生了具有质的彻底改变。,流变、突变综合起来形成了流变突变理论，描述了事物从诞生开展消亡的全部过程。,11/11/2024,3,一 流变突变理论的物质观,质中不仅包含定性的质，而且包含定量的质。,物质世界在不断流变中突变。,11/11/2024,4,二 流变突变理论的时空观,一个事物的空间广延性和时间持续性是该事物的一种内在属性，同其它事物进行比照必须在同一个时空中。,一切流变突变现象离不开空间内物质的相互作用。,11/11/2024,5,三 流变突变理论的运动观,事物的属性是在流变突变中显示出来的。,流变突变是一事物向另一事物转变的流程。,11/11/2024,6,二、平安流变突变的根本特征,“平安流变与突变就是事物在开展过程中平安与危险的矛盾运动过程。这一矛盾运动决定了各个阶段的平安状态。下面以一些典型例子说明“平安流变与突变的根本特征。,一矿山灾害,二机械事故,三社会变革,四人的衰亡过程,五平安流变突变论,11/11/2024,7,一矿山灾害,1自燃火灾,OA段：煤与氧气开始,接触氧化,AB段：氧化速度减慢，,氧化程度加深,BD段：氧化速度加快,D点：发生自燃火灾,C点：人为设置的报警点,11/11/2024,8,一矿山灾害,2.冒顶,OA段：刚掘出新巷道,变形速度递减段,AB段：稳定段,BD段：围岩压力等条件变化，变形速度加快，发生冒顶,11/11/2024,9,一矿山灾害,3 煤与瓦斯突出,OA段：损伤减速增加,阶段,AB段：损伤稳定开展,阶段,BC段：损伤加速段,CD段：灾害开展阶段,11/11/2024,10,二机械事故,OA段：初期零部件跑,合磨损段,AB段：恒速磨损老化段,BC段：与元器件寿命,相关的加速磨损老化段,C点：为机器临界磨损老,化量。,11/11/2024,11,三 社会变革或改革,纵轴表示矛盾的激化程度,OA段：新秩序建立过程中矛盾逐渐缓和阶段,AB段：新秩序建立后矛盾的稳定开展阶段,BC段：旧的管理体制阻碍生产力开展后的矛盾加剧阶段,C点：矛盾激化程度的突变点。,11/11/2024,12,四人的衰亡过程,1.人的生命过程,纵轴表示人体的衰老程度,OA段：生命诞生到青春期阶段,AB段：青春期到老年期阶段,BC,段：人体进入老年期的加速衰老阶段,C点：生命衰亡的临界值,11/11/2024,13,四人的衰亡过程,2.人的伤亡过程,纵轴表示人体伤亡事故发生概率,OA段：人体进入工作环境认识工作对象的过程,AB段：熟悉环境后伤亡事故概率稳定增加阶段,BC,段：一些客观导致危险度增大阶段,C点：危险度的临界值,11/11/2024,14,五平安流变突变论,综上所述，平安危险这一矛盾运动贯穿于事物存在的始终。并且受到内在因素和外在因素的制约。,研究事物的流变突变运动，必须从危险因素中找到内在因素，通过研究内在因素的变化规律得到平安流变突变的根本规律，然后再考虑外在因素的影响。,11/11/2024,15,事物“平安流变与突变的全过程为：,当某一新事物诞生后的初期OA阶段，其损伤量随时间呈减速递增，新秩序在此期间逐渐形成和完善。,当新秩序开展到成熟阶段时AB阶段，完善的新秩序使损伤量匀速缓慢增加。,经过一个稳定增加的时期后，原秩序将再次向无序方向开展，进而使损伤量值开始加速增大BC段。,任何事物都具有其固有的损伤量承受能力界限，超出此限后，事物将发生平安突变。,当原秩序破坏后，事物又开始回归到一个新的平安状态O点。,11/11/2024,16,三、平安流变突变的根本理论,一平安流变突变的根本概念,二平安流变突变的理论模型,三平安流变突变的数学模型,11/11/2024,17,一平安流变突变的根本概念,1、平安科学的状态概念,1)平安事物的主体在某一限度内受到损伤的状态，该限度可以根据具体事物对平安度的要求来确定。,2)危险事物的主体受损伤超过了某一限度的状态。,3)事故事物的损伤量到达极限值而发生的原事物的局部或整体秩序紊乱与瓦解状态。自然界的事故状态称为灾害。,11/11/2024,18,一平安流变突变的根本概念,2、平安科学的本质概念,1)损伤事物在内、外因作用下随时间的破坏量,2平安度描述事物保持平安状态的概率值，S=1-Sb,Sb表示事物可能发生事故状态的概率,即是危险度。,3寿命极限事物仅在内因作用下损伤量到达极限值的时间，或事物从诞生经理想环境过渡到事故发生所经历的时间。,4系统进行平安状态研究的对象，是一个或多个事物的集合。,11/11/2024,19,一平安流变突变的根本概念,3、平安科学的过程概念,1)秩序事物自身的组成、结构和内部运行规律,2)平安突变事物从危险状态到事故状态的质变过程,3)平安流变事物的损伤量随时间变化的量变过程,11/11/2024,20,平安损伤e：事物在内外因的作用下随时间的破坏量。,平安外因：影响事物平安程度的外部因素，指事物周围所有对事物本身有影响的集合作。,平安内因：影响事物平安程度的内部因素，指事物内部结构、组成、形态等相互作用、相互影响的集合作。,平安能：由事物的状态决定，反映事物运动形态变化的可能性，是事物平安质变和变形的公共度量。,平安熵：促使事物向负效应方向转变的量度。,平安功：是过程特征参量，反映事物状态变化的,度量。,11/11/2024,21,损伤的滞后效应：当作用于事物的能量对事物损伤做功时，本质损伤不会立即出现，而产生一个弹性前效；当对损伤做功的能量消失后，损伤不会立即停止，而还要延迟一段时间，这两个时间对平安预测很重要。,平安势：指事物从一状态向另一状态转化的能力大小和趋势，是一种可能性的表述。,平安潜力势：指事物到达平安最正确状态或理想状态的能力大小和趋势,潜力损伤势：是指在事物的不断开展过程中，对事物到达平安最正确状态的能力和趋势损伤程度的反映。,11/11/2024,22,二平安流变突变的理论模型,11/11/2024,23,1、物理模型：在对事物的 平安流变突变 特征有了定性认识的根底上,下面建立平安流变突变的物理模型。,四组根本元件：,1平安可逆元件2平安阻尼元件3平安摩擦件4平安质量体,五个层次：,1外界广义力区,2可立即恢复损伤区,3可缓慢恢复损伤区,4本质损伤区,5本质损伤加速区,11/11/2024,24,1平安可逆元件：在外界广义力作用下发生平安损伤变形，变形量遵循胡克定律，变形量的平安意义是可恢复平安损伤，用表 示。,式中：,为可修复损伤广义作用力；,为表征事物可修复损伤过程的系数；,为可修复损伤。,根本元件特征,11/11/2024,25,根本元件特征,2平安阻尼元件：在外界力作用下发生平安损伤，平安损伤速度与力成正比。平安阻尼元件用,表示。,式中：,为引起永久损伤的广义力；,为反映永久损伤过程的系数，表征事物永久损伤形成程度的系数；,为永久损伤。,11/11/2024,26,根本元件特征,3平安摩擦件：=常数，用 表示。,反映了事物抵抗外界影响的容度，当外界影响小时，事物内部的系统不损伤，摩擦件对系统起一个保护作用，相当于保护层；当外界影响大时，摩擦件开始运动产生永久损伤。,11/11/2024,27,根本元件特征,4平安质量体：用 表示元件。,该元件可以想象为具有一定质量的物体，但它的质量随损伤的增大而不断衰减。当外界的作用力大于初始摩擦力时，质量体可以运动，并且服从牛顿阻力定律，由于质量体质量不断减小，即使外界作用力不变，质量体的运动也要呈现加速趋势。,质量体在平安科学中的意义是平安的边界密度，当外界或内部作用小时，质量体不运动，其他元件工作，系统只形成大量的可恢复损伤和小局部永久损伤，系统的本质特征不会受影响；当外界或内部作用大时，质量体开始滑动，形成稳定的不可恢复的损伤，经过一段时间或一定的永久损伤后，平安边界密度值降低，内部永久损伤形成加速之势。,11/11/2024,28,平安流变-突变换型的五个层次,l外界广义力区S,一切外部对事物有影响作用的总称，它通过事物内部而对事物起作用。,当对于同一事物外界变化范围不大时，可以认为是相同的力作用，如研究人的寿命规律时，外部环境较稳定，生理、心理变化不大，可以按定常力作用下分析。,11/11/2024,29,2可立即恢复损伤区,第一保护区，它由一个平安可逆元件构成，能对外界作用立即形成反响，把作用能以可恢复损伤的形式存储起来，一旦外界作用消失，对事物的危险势也立即消失。,11/11/2024,30,3可缓慢恢复损伤区,第二保护区，由平安阻尼和平安可逆两元件组成，它的特点是对作用力不能立即引起应有的损伤，有个时间滞后段，当外力消失后损失不能立即恢复，而是经过一段时间缓慢回复到原始位置。,11/11/2024,31,4本质损伤区,事物内部不可修复的损伤区，由平安阻尼和摩擦件组成。当传到本质区的作用力较小时，摩擦件相当于一个保护事物的强度元件，抵抗外部的作用力量，而不产生事物的本质损伤；当传到本质区的作用力较大时，摩擦件消耗一局部外力，把剩余的力作用于阻尼元件，形本钱质损伤。,11/11/2024,32,5本质损伤加速区,本质损伤加速区由质量体元件构成，是描述事物损伤开始加速的元件，如果外界作用超过某一定值，就会引起内部本质损伤加速元件运动。它能消化或吸收一局部外界作用，一开始它的消化或吸收能力为一定值，但运行一段时间后，平安质量体的质量随时间不断减小，是损伤的单调递减函数，即使在外界作用力不变的情况下，质量体形成的损伤也要加速。由于质量体的不断减小，保护事物免受加速损伤的能力逐渐降低，大量的外界力作用于事物的本质损伤加速区，事物的损伤速度越来越快，损伤程度越来越大，直到整个事物完全破坏。,11/11/2024,33,2、数学模型,在物理模型的根底上，我们建立数学模型：,11/11/2024,34,11/11/2024,35,11/11/2024,36,损伤：,损伤速度：,损伤加速度:,11/11/2024,37,在日常生活中，许多平安问题可以简化为两组元件的模型图，即第二与第四组元件共同构成事物的平安流变-突变模型。第一和第三组元件随时间变化关系比较稳定，可以认为是常数，它们的图形见图115，从图中可以清晰地看出用第二与第四组元件就可描述事物的流变状态。,11/11/2024,38,本章小结,1、平安科学的开展历程。,2、平安科学的哲学特征。,3、布尔代数、概率运算、可靠性在平安工程中的应用。,4、平安的流变-突变规律，并应用其解释事故的灾害过程。,11/11/2024,39,
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