Математическая модель расчета напряженно-деформированного состояния ЛЧМГ при капитальном ремонте с сохранением его пространственного положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Мухаммедова Д. Ч., Халлыев Н. Х. Математическая модель расчета напряженно-деформированного состояния ЛЧМГ при капитальном ремонте с сохранением его пространственного положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях // Молодой ученый. — 2012. — №7. — С. 37-39. — URL https://moluch.ru/archive/42/5060/ (дата обращения: 16.07.2018).

В настоящее время для капитального ремонта трубопровода внедрена новая технология ремонта в траншее с сохранением его пространственного положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, которая приводит к снижению дополнительных ремонтных напряжений в стенке трубы при производстве ремонтных работ.

Существующие методики по расчету трубопроводов, находящихся в эксплуатации в течение многих лет, не в полной мере учитывают влияние объемных и поверхностных нагрузок, а также наличие дефектов различной природы, а именно: влияние степени защемления трубопровода грунтом в процессе ремонта; дефекты коррозионного вида, которые составляют более 50% от всех дефектов; неравномерность распределения ремонтных нагрузок и напряжений на трубопроводе; пространственное положение до, во время и после ремонта.

Учет этих факторов позволит более точно оценить напряженно-деформированное состояние (НДС) ремонтируемого трубопровода и предсказать допустимые отклонения от заданных параметров, что в свою очередь, на практике приведет к уменьшению максимальных напряжений в стенке трубы.

В общей постановке, задача определения НДС пространственной конструкции при действии объемных и поверхностных нагрузок, является краевой задачей механики деформируемого твердого тела. Существуют различные исходные уравнения, описывающие НДС трубопровода в декартовой системе координат.

1) Дифференциальные уравнения Навье:

; ;

, (1)

где , , , , , – нормальные и касательные напряжения; , , – компоненты вектора объемных сил.

2) Уравнение Коши:

; ; ; ;

; , (2)

где , , , , , – нормальные и касательные (сдвига) деформации; , , – перемещения.

3) Уравнение неразрывности (сплошности) деформаций Сен-Венана:

; ;

(3)

4) Уравнения закона Гука (прямая форма) для изотропного материала:

; ;

; ; ; (4)

где – модуль Юнга; – коэффициент Пуассона; – модуль сдвига; – коэффициент температурного расширения; – изменение темпера­туры.

Рассмотрим поведение ремонтируемого участка трубопровода совместно с примыкающими подземными участками под действием равномерно распределенной поперечной нагрузки, изменения температуры и внутреннего давления. Расчетная модель грунта принимается в виде упругого основания, т.е. считается, что сопротивление грунта в продольном и поперечном перемещениях в вертикальной и горизонтальной плоскостях пропорционально соответствующим перемещениям трубы, уравнения (6)-(13). Такая модель достаточно хорошо описывает работу трубопровода на примыкающих подземных участках, в силу малости продольных и поперечных перемещений. Расчетная схема ремонтируемого участка приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Расчетная схема ремонтируемого участка


Для практической реализации разработанного метода МКЭ ремонтируемый участок рассматривается как упругая балка достаточно большой длины, при изменении которой НДС стенки трубы не должно изменяться. Граничные условия должны выбираться из физических условий рассматриваемых участков, из которых следует, что правая и левая стороны трубопровода прямолинейны, не имеют прогибов и углов поворота. Длина смежных участков существенным образом зависит как от геометрических параметров и условий нагружения трубопровода, так и от физико-механических характеристик окружающего грунта. В результате проведенных расчетов установлено, что длина примыкающих участков должна составлять в среднем от 2 до 4 длин ремонтируемого участка, при этом погрешность в определении перемещений и напряжений составляет от 1% до 3% соответственно.

Рассмотрим результаты моделирования ремонтируемого участка трубопровода. Входные параметры: внешний параметр трубы =1220 мм, толщина стенки = 12 мм, длина участка = 50 м, давление в трубопроводе , обобщенный коэффициент нормального сопротивления грунта = 3,5·106 Н/м2, обобщенный коэффициент касательного сопротивления грунта = 3,5·106 Н/м2.

На рисунке 2 получено распределение прогибов вдоль всего участка при различных значениях = 0, 20, 40, 60°С. На границе перехода трубопровода в грунт наблюдается просадка трубы, которая составляет от 0,013÷0,018 м. В грунте трубопровод имеет подъем, равный 3,4·10-3 м. В центре ремонтируемого участка прогиб увеличивается от 0,083 до 0,136 м. Следует отметить, что по сравнению с жестко защемленным трубопроводом прогиб увеличивается в 3 раза.

Рис. 2. Прогиб трубопровода при измерении температуры

1 – (0ºС); 2 – (+20ºС); 3 – (+40ºС); 4 – (+60ºС)


На рисунке 3 отображен трехмерный график распределения прогибов вдоль продольной оси трубопровода при изменении температуры от 0 до 60°С. С увеличением прогиб увеличивается.

Рис. 3. Прогиб трубопровода при изменении температуры


Литература:

  1. Халлыев Н.Х., Калошин К.И. Определение параметров капитального ремонта трубопроводов на весу // Строительство трубопроводов. 1969, № 12.

  2. Халлыев Н.Х., Афлетонов Ф.С., Ермаков А.А., Мухаметшин А.М. Результаты проверки новой технологии подъема ремонтируемого газопровода // Газовая промышленность. 1981, № 2.

  3. Халлыев Н.Х., Кошелев Р.В. Математическая модель расчета напряженно-деформированного состояния линейной части магистрального газопровода при капитальном ремонте с сохранением его пространственного положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях // Трубопроводный транспорт [теория и практика]. 2007, № 1.

Основные термины (генерируются автоматически): ремонтируемый участок, изменение температуры, пространственное положение, расчетная схема, прогиб трубопровода, стенка трубы, обобщенный коэффициент, ремонтируемый участок трубопровода, напряжение, уравнение.


Похожие статьи

Анализ методов обеспечения безопасности эксплуатации...

Рис. 4. Расчетная схема деформации стенки трубопровода. Формула для определения напряжения изгиба имеет вид [4, 5]: (1). где кольцевые напряжения от действия рабочего давления р

Модель поперечных перемещений заглубленного трубопровода...

где - давление падающей волны на трубопроводе; — смещение (прогиб) трубопровода на расстоянии x от начала координат в

. Эта функция всюду непрерывна, кроме точки , в которой происходит скачкообразное изменение. В этом случае решение уравнения (9) примет вид.

Обследование дымовых труб: состояние, перспективы...

...средам, в которых происходит эксплуатация труб (высокие температуры, высокая влажность и др.).

(Kf=0,5; начальные несовершенства формы поверхности ствола превышают его толщину стенки)

обобщенного метода использования параллельных участков и прямых труб для...

Обеспечение устойчивости проектного положения и прочности...

Так, канадский газопровод «Маккензи-Валлей», имеющий участки с надземной прокладкой, окупился только через 18 лет после завершения строительства.

Рис. 3. Расчетная схема трубопровода.

Оценка надежности трубопроводов, прокладываемых...

Температура замыкания трубопровода равна минус 5оС, а температура продукта

Пусть на рассматриваемом участке трубопровода морозное пучение грунта происходит в виде

где – напряжение по Мизесу (или эквивалентное напряжение по теории прочности энергии...

Некоторые замечания к проектированию элементов...

Как и раньше, расчеты выполнены для каждой десятой доли толщины трубопровода в пределах соответствующих ограничений, наложенных изменением коэффициента Графики показывают, что напряжения по толщине трубы изменяются по гиперболическому закону.

Прогнозирование ресурса трубопровода на основе методов...

Для принятых расчетных схем (по ГОСТ Р 51274–99 «Сосуды и аппараты.

где σθ — кольцевое (тангенциальное) напряжение; σz — осевое (продольное) напряжение.

После преобразований, получаем: Для участка технологического трубопровода компрессорной...

Некоторые особенности проектирования производства работ...

По протяжённости участка ремонтируемого трубопровода с учётом производительности ремонтной полоны в различных условиях определяется необходимое количество колонн

Исследование свойств дымовой трубы для бытовой печи.

Регулируя положение задвижки в трубе, можно в широких пределах изменять сопротивление этого участка, и тем самым изменять падение давления на трубе.

Рис. 9. Эквивалентная схема печной системы. Где — тяга трубы (Па); –коэффициент сопротивление трубы

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Анализ методов обеспечения безопасности эксплуатации...

Рис. 4. Расчетная схема деформации стенки трубопровода. Формула для определения напряжения изгиба имеет вид [4, 5]: (1). где кольцевые напряжения от действия рабочего давления р

Модель поперечных перемещений заглубленного трубопровода...

где - давление падающей волны на трубопроводе; — смещение (прогиб) трубопровода на расстоянии x от начала координат в

. Эта функция всюду непрерывна, кроме точки , в которой происходит скачкообразное изменение. В этом случае решение уравнения (9) примет вид.

Обследование дымовых труб: состояние, перспективы...

...средам, в которых происходит эксплуатация труб (высокие температуры, высокая влажность и др.).

(Kf=0,5; начальные несовершенства формы поверхности ствола превышают его толщину стенки)

обобщенного метода использования параллельных участков и прямых труб для...

Обеспечение устойчивости проектного положения и прочности...

Так, канадский газопровод «Маккензи-Валлей», имеющий участки с надземной прокладкой, окупился только через 18 лет после завершения строительства.

Рис. 3. Расчетная схема трубопровода.

Оценка надежности трубопроводов, прокладываемых...

Температура замыкания трубопровода равна минус 5оС, а температура продукта

Пусть на рассматриваемом участке трубопровода морозное пучение грунта происходит в виде

где – напряжение по Мизесу (или эквивалентное напряжение по теории прочности энергии...

Некоторые замечания к проектированию элементов...

Как и раньше, расчеты выполнены для каждой десятой доли толщины трубопровода в пределах соответствующих ограничений, наложенных изменением коэффициента Графики показывают, что напряжения по толщине трубы изменяются по гиперболическому закону.

Прогнозирование ресурса трубопровода на основе методов...

Для принятых расчетных схем (по ГОСТ Р 51274–99 «Сосуды и аппараты.

где σθ — кольцевое (тангенциальное) напряжение; σz — осевое (продольное) напряжение.

После преобразований, получаем: Для участка технологического трубопровода компрессорной...

Некоторые особенности проектирования производства работ...

По протяжённости участка ремонтируемого трубопровода с учётом производительности ремонтной полоны в различных условиях определяется необходимое количество колонн

Исследование свойств дымовой трубы для бытовой печи.

Регулируя положение задвижки в трубе, можно в широких пределах изменять сопротивление этого участка, и тем самым изменять падение давления на трубе.

Рис. 9. Эквивалентная схема печной системы. Где — тяга трубы (Па); –коэффициент сопротивление трубы

Задать вопрос