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
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 примере 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 трубопродах приведет к утечке химических продуктов, что повлечет за собой зна-чительный 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]....
В ходе работы были получены следующие результаты:
• на основе модифицированной кинетической модели длительной прочности и единой системы определяющих констант получены двухстадийные диаграммы длительной прочности для ряда конструкционных материалов, включая трубные стали;
• исследованы константы модифицированной кинетической модели длительной прочности и их зависимости от температуры;
• построена комбинированная модель разрушения трубопровода при подвижках грунта на основе численного решения краевой задачи и кинетической модели длительной прочности;
• с помощью программного комплекса Wolfram Mathematica получены зависимости времени разрушения от прогиба трубы при различных температурах внутренних сред;
• проведено сравнение зависимостей времени разрушения от прогиба трубопровода, полученных численно из аналитической модели разрушения и с помощью программного комплекса ANSYS для одномерных и трехмерных конечных элементов.
В дальнейшей работе планируется применение кинетической модели разрушения к моделям автомобилей с целью предсказать “слабые места” в конструкции автомобиля и определить их длительную прочность.
