Повышение безопасности промышленных трубопроводных систем с использованием методов численного прочностного анализа

• Автор: Алешин, Владимир Васильевич
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Саров
• Количество страниц: 196 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. Критический анализ современных методов оценки прочности

трубопроводов.

2. Постановка и математическая формализация задачи.

3. Метод решения уравнений равновесия трубопроводных систем

3.1. Выбор метода решения

3.2. Реализация метода конечных элементов для анализа НДС промышленных трубопроводных систем

4. Математические модели для анализа упругопластического поведения

промышленных трубопроводных систем

4.1. Упругопластическое поведение трубных сталей

4.2. Метод математического моделирования подземного трубопровода и окружающего его грунта
4.2.1. Полуэмпирические модели взаимодействия подземного трубопровода с окружающим фунтом.
4.2.2. Трехмерная упругопластическая модель грунта
5. Научный подход и технология численного прочностного анализа промышленных трубопроводных систем.
5.1. Выбор средств моделирования НДС трубопроводов.
5.2. Автоматизированные алгоритмы моделирования НДС конструкций промышленных трубопроводов.
5.2.1. Балочные модели
5.2.2. Оболочечные модели.
5.2.3. Объемные модели
5.3. Анализ НДС и оценка прочности промышленных трубопроводных
систем.
5.4. Метод определения параметров полуэмпирических моделей взаимодействия трубопровода с грунтом
5.5. Технология прямого численного моделирования аварийного разрушения трубопроводных систем при анализе их безопасности
6. Экспериментальная верификация вычислительной технологии.
ЛИТЕРАТУРА


Соотношения связи параметров оптимальной поверхности текучести Друккера-Прагера с характеристиками физико-механических свойств грунта получены в аналитическом виде для построения высокоэффективных алгоритмов численного анализа. Разработана и научно обоснована технология прямого численного моделирования аварийного разрушения трубопроводных систем при анализе их безопасности. Разработанная технология базируется на численном решении методом конечных элементов дифференциальных уравнений динамики деформируемого твердого тела в трехмерной нелинейной постановке с заданными начальными и граничными условиями, описывающими поведение трубопроводах конструкций при аварийных нагрузках. Предложен алгоритм моделирования разрушения трубопроводов. Согласно разработанному алгоритму, в течение решения на каждом временном шаге для всех участков трубопроводной конструкции проверяются условия выполнения континуальных критериев разрушения. В случае выполнения данных условий считается, что соответствующий элемент конструкции теряет способность нести нагрузку и его характеристики исключаются при формировании матрицы жесткости на следующем временном шаге. Предложен и научно обоснован метод определения параметров полуэмпирических моделей взаимодействия трубопровода с грунтом по результатам численного моделирования трехмерного нелинейного напряженно-деформированного состояния грунта при смещении в нем трубопровода. При известных характеристиках физико-механических свойств грунта разработанный метод позволяет определять его обобщенный коэффициент касательного сопротивления, оценивать сверху предельное сопротивление сдвигу и отказаться от трудоемких и дорогостоящих натурных экспериментов. К таким результатам относятся: расчетнье оценки несущей способности участков трубопроводов с учетом их многофакторного нагружения и данных технической диагностики; определение расчетных значений величины разрушающих нагрузок для каждого участка; обоснованное назначение безопасных параметров эксплуатации трубопроводов с учетом их фактического технического состояния, требуемой производительности и необходимых нормативных запасов прочности; определение необходимости, сроков и периодичности технической диагностики участков трубопроводов; ранжирование участков трубопроводов по степени их опасности и разработка экономически эффективных планов их замены и ремонта. Практическая ценность работы. Описанные выше подход, технологии и методы были реализованы автором диссертации в виде расчетных блоков вычислительной технологии «Р1рЕвЪ> для комплексной оценки состояния сложных трубопроводных систем. Предложенная вычислительная технология активно используется для решения практических задач ТЭК как в России, так и за рубежом. России и Западной Европе; проводились экспертизы Деклараций безопасности объектов газовой промышленности и т. Рассматриваемые программноматематические комплексы и вычислительные технологии успешно применялись при решении задач ОАО «ГАЗПРОМ», АК «Транснефть», ВНИИГАЗ, РФЯЦ-ВНИИЭФ, Госгортехнадзора РФ, компании «Р1РЕТЯОМ! США), Фраунгоферовского института неразрушающего контроля (Германия), Математического института Словацкой Академии Наук и другие. На базе вычислительной технологии «PipEst» при непосредственном участии автора диссертации, разработана комплексная компьютерная аналитическая система «AMADEUS». В декабре года она сдана в производственную эксплуатацию в международной газотранспортной компании «SPP-DSTG» (Словакия) в качестве основного производственного инструмента для обеспечения требований безопасности, экономической эффективности и экологичности. Достоверность изложенных в диссертации основных положений обеспечивается: научным обоснованием адекватности разработанных математических моделей моделируемым реальным объектам и процессам; обоснованием применимости и эффективности методов численного анализа разработанных моделей; многочисленными результатами натурных и численных экспериментов; многолетней практикой успешного применения рассматриваемых в диссертации подхода, технологий и методов при анализе реальных номинальных и аварийных режимов работы различных объектов ТЭК как в России, так и за рубежом.