«Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса»

Физическое моделирование напряженно-деформированного состояния трубы при воздействии внешней радиальной сосредоточенной нагрузки

УДК: 621.643.053
DOI: -

Авторы:

¹ Ухтинский государственный технический университет, Ухта, Россия

Ключевые слова: деформационная теория пластичности, количественный критерий прочности трубопровода, коэффициент запаса по пределу прочности, критерий начала пластичности, принцип независимости действия сил, сложные инженерные геокриологические условия, теория толстостенной цилиндрической оболочки, физическое моделирование напряженно-деформированного состояния объекта при воздействии нагрузок

Аннотация:

Магистральные трубопроводы при эксплуатации испытывают комплекс силовых воздействий. В сложных инженерных геокриологических условиях трубопроводная конструкция может быть подвержена внешним радиальным неосесимметричным силам. Актуальной проблемой является оценка напряженно-деформированного состояния стенки трубы при этом виде нагружения. Математический аппарат, описывающий напряжения и деформации в цилиндрической оболочке при радиальной неосесимметричной нагрузке, очень громоздкий и включает в себя системы дифференциальных уравнений высокого порядка. Этот математический аппарат неприменим для технических расчетов. Широко используемая в инженерных прочностных расчетах трубопроводов теория изгиба балки не вполне корректна, поскольку расчетной схемой трубы, строго говоря, является цилиндрическая оболочка, а не балка (стержень). Поэтому для достоверной оценки напряжений трубы при действии внешней радиальной сосредоточенной (частный случай неосесимметричной) нагрузки выполнены физические эксперименты на лабораторном стенде. Получены эпюры кольцевых и продольных напряжений, а также интенсивности напряжений различных поперечных сечений трубы при действии указанной радиальной нагрузки. Также рассмотрен случай комбинированного воздействия радиальной нагрузки и внутреннего давления. Напряжения от внутреннего давления определялись по теории толстостенной цилиндрической оболочки. Суммарные напряжения от сочетания нагрузок рассчитывались в соответствии с принципом независимости действия сил. На эпюрах напряжений найдены локальные максимумы и минимумы. Определены положительные и отрицательные зоны кольцевых и продольных напряжений. Обнаружены зоны упругопластического деформирования. Вычислено предельное напряжение и проведена оценка прочности трубы. Выполнено сравнение данных физического и компьютерного моделирования напряженно-деформированного состояния трубы под нагрузкой. Рассмотренные в статье способы экспериментально-расчетной оценки прочности трубопровода могут быть использованы при выполнении физического моделирования в условиях испытательной лаборатории или промышленного полигона, а также в процессе мониторинга технического состояния трубопроводов.

Список литературы:

1. Макаров Г.И. Математические основы мониторинга напряженно-деформированного состояния стенки трубы магистрального нефтепровода // Трубопроводный трансп. Теория и практика. – 2007. – № 1(7). – С. 92–95.
2. Айнбиндер А.Б., Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. – М.: Недра, 1982. – 341 с.
3. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов: учеб. пособие. – М.: ЛЕНАНД, 2022. – 560 с.
4. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы. – М.: Энерджи Пресс, 2011. – 480 с.
5. Мазур И.И., Иванцов О.М. Безопасность трубопроводных систем. – М.: ИЦ "ЕЛИМА", 2004. – 1104 с.
6. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов: учеб. пособие. – 2-е изд. – М.: ЛЕНАНД, 2019. – 456 с.
7. Нерубайло Б.В. Локальные задачи прочности цилиндрических оболочек / предисл. И.Ф. Образцова. – 2-е изд. – М.: ЛЕНАНД, 2021. – 248 с.
8. Игнатик А.А. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния трубы при изгибе тензорезистивным и инклинометрическим методами // Территория Нефтегаз. – 2022. – № 5-6. – С. 30–40.
9. Никулина Д.П., Ляпичев Д.М. Методические подходы к оптимизации систем мониторинга технического состояния сложных объектов // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2022. – № 4(130). – С. 59–63. – DOI: 10.33285/1999-6934-2022-4(130)-59-63
10. Ли Куньлинь, Короленок А.М. Задачи аналитической системы мониторинга работоспособности магистральных газопроводов // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2022. – № 2(128). – С. 88–93. – DOI: 10.33285/1999-6934-2022-2(128)-88-93