Моделирование длительной прочности магистральных трубопроводов

Введение 4
Обзор литературы 8
1. Кинетическая модель разрушения с энергетическими начальными условиями 11
1.1. Постановка задачи 11
1.2. Зависимость констант модели разрушения от температуры 14
2. Модель длительной прочности трубопровода при подвижках грунта 17
2.1. Постановка задачи 17
2.2. Вывод функции прогиба 19
3. Результаты расчетов для трубопроводной стали 22
3.1. Численные расчеты для аналитической модели длительной прочности трубопроводов 22
3.2. Результаты, полученные в Ansys 26
Заключение 30
Список литературы 32
Купить

Большинство конструкций, используемых в автомобильной, строительной, авиационной, космической, кораблестроительной, нефтегазовой и других отраслях промышленности, сделаны из металла или его сплавов. Они подвержены различным внешним силовым (вес различных объектов, внешнее давление и др.) и несиловым (температурное воздействие, химическое воздействие внутренних и внешних сред и др.) нагрузкам.
Прежде чем конструировать реальный объект, необходимо провести технические испытания на образцах. Одним из важнейших физических свойств металла является прочность, и отсутствие испытаний на растяжение может повлечь за собой серьезные последствия: свойства используемых материалов не будут учтены при строительстве, что в свою очередь может привести не только к многомиллионным убыткам для компаний, но и к катастрофам, влекущим за собой человеческие жертвы. При обрушении моста Моранди в Генуе 14 августа 2018 года погибли более 40 человек. Одной из причин катастрофы называют недостаточный учет погодных условий эксплуатации при конструировании [19].
Можно выделить несколько типов разрушения по характеру силового воздействия: разрушения, вызванные усталостным нагружением, разрушения, вызванные кратковременным однократным статическим или динамическим нагружением, разрушения, вызванные длительным статическим нагружением. Данная работа посвящена последнему типу разрушений: исследование кинетической модели разрушения на приме-ре магистральных трубопроводов с целью получить данные о долговечности трубопроводов при различных нагрузках.
Магистральными называют трубопроводы диаметром до 1420 мм, которые транспортируют газообразные, жидкие, твердые среды от места их добычи до места переработки и далее до потребителя. Их общая протяженность в Российской Федерации по состоянию на конец 2020 года составляет более 285 000 км [9]. Любое разрушение в трубопроводах приведет к утечке химических продуктов, что повлечет за собой значительный экономический ущерб и нанесет большой вред экологии. В августе 1994 года произошел крупнейший за последние 30 лет разлив нефти в России: авария на нефтепроводе ”Возей - Головные сооружения” АО «Коминефть» (Усинский район Республики Коми). По разным данным, потеря составила от 100 тыс. до 300 тыс. тонн сырой нефти, причиной разрушения считается коррозионный износ коммуникаций, а также сложная инженерно-геологическая обстановка, обусловленная распространением многолетнемерзлых пород [18]. В январе 2000 года разорвался трубопровод компании Petrobras (Рио-де-Жанейро, Бразилия), в воду вылилось около 8,2 тыс. баррелей нефти. Причиной катастрофы стал разрыв проложенного по дну моря нефтепровода. По одной из версий, авария случилась на участке подводного перехода с размытым дном, что привело к деформации трубы [14].
На рис. 3 представлены последствия испытания по определению кинетических и критических характеристик предельных состояний, образования микро- и макро- дефектов, роста и остановки трещин [4]. 
Данная работа посвящена изучению зависимости времени разрушения трубопровода от его прогиба, вызванного подвижками грунта.
Цель работы: сопряжение кинетической модели поврежденности с математической моделью изгиба трубопровода при подвижках грунта с целью предсказать его длительную прочность.
Задачи исследования:
• Исследовать зависимость констант кинетической модели поврежденности с энергетическими начальными условиями от температуры;
• Применить кинетическую модель поврежденности к задаче об изгибе трубопровода при подвижках грунта;
• Провести серию численных экспериментов для получения зависимости времени разрушения от прогиба трубы;
• Сравнить полученные результаты с расчетами, выполненными в Ansys.
В первой главе данной работы выводится кинетическая модель разрушения с энергетическими начальными условиями. Показано применение модели на примере жаропрочного сплава на никелевой основе, и исследуются зависимости констант модели от температуры.
Вторая глава посвящена применению кинетической модели разрушения к трубопроводной стали. Выведено дифференциальное уравнение изгиба трубы и получено его аналитическое решение. С его использованием получена модель разрушения трубопроводов при подвижках грунта.
В третьей главе построены зависимости времени разрушения от прогиба трубы, вызванного подвижками грунта. Проведено сравнение этих зависимостей, численно полученных из аналитической модели с зависимостями, полученными с помощью программного комплекса ANSYS.

Купить