Численное моделирование нелинейной динамики криволинейных трубопроводов с жидкостью

• Автор: Егунов, Юрий Вячеславович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 85 с.

СОДЕРЖАНИЕ
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Проблемы численного моделирования динамики трубопроводов с жидкостью.
Численные методы решения нестационарных задач динамического деформирования трубопроводов с жидкостью.
Цели диссертационной работы
МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НЕЛИНЕЙНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПЛОСКОКРИВОЛИНЕЙНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ЖИДКОСТЬЮ.
Определяющая система уравнений Система уравнений движения трубопровода Система уравнений, описывающая нестационарное поведение жидкости.
Силы действующие на трубопровод со стороны жидкости
Характеристика полученной модели плоско -криволинейных трубопроводов с жидкостью.
Численные схемы решения задач.
Численная методика решения задач нелинейного деформирования плоско-криволинейных трубопроводов с жидкостью
Численная методика определения предварительного статического напряженно-деформированного состояния трубопровода.
Программная реализация численного решения задач нелинейной динамики трубопроводов с жидкостью.

КОНЕЧНО - ЭЛЕМЕНТНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА НЕЛИНЕЙНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО - КРИВОЛИНЕЙНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ЖИДКОСТЬЮ.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИССЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ЖИДКОСТЬЮ.
Тестирование методики решения задач динамики трубопроводов.
Решение задачи колебания линейного трубопровода без жидкости под действием нормальной распределенной силы.
Тестирование процедуры определения предварительного статического напряженно -деформированного состояния.
Сравнение численного решения задачи динамики трубопровода с результатами эксперимента. Динамическое деформирование трубопровода со стационарным потоком жидкости. Гидроупругосвязанные трубопроводы с жидкостью. Истечение парожидкостной смеси из трубопровода.
Численное исследование взаимного влияния деформационных и гидродинамических процессов.
Решение прикладных задач.
Задача метания участка поврежденного газопровода. Движение трубопровода АЭС при разрыве в поперечном сечении.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Трубопровод с протекающей под давлением жидкостью является элементом конструкций многих систем. Их используют в объектах атомной энергетики, в авиастроении, нефтегазовой промышленности, в объектах химического производства, в системах водоснабжения жилых зданий и в огромном ряде других объектов окружающих человека.
При проектировании несущих и защитных конструкций различного назначения, центральная роль отводится обеспечению прочности объектов в аварийных ситуациях.
В случае разрушения трубопровода высокого давления, разгерметизации соединения или разрыва трубы в местах крепления, последствия таких аварий могут привести к существенным материальным потерям, а также к человеческим жертвам и экологическим катастрофам. В виду тяжелых экономических и экологических последствий от возможных аварий, к прочности разрабатываемых конструкций и к входящим в их состав системам трубопроводов предъявляются повышенные требования. В большинстве случаев, натурные испытания трубопроводов с жидкостью, вплоть до разрушающих нагружений, не всегда возможны или затруднены в виду большой их стоимости. В этих условиях, математическое моделирование динамики трубопроводных систем с жидкостью становится особенно актуальным.
Сложность математического моделирования динамического поведения трубопроводов в аварийных ситуациях обусловлена следующими факторами:
1) взаимным влиянием параметров деформирования трубопровода и протекающей по нему жидкости;
2) нестационарными, нелинейными волновыми процессами в жидкости;

3. КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА НЕЛИНЕЙНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОКРИВОЛИНЕЙНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ЖИДКОСТЬЮ.
В этой главе приводится методика численного моделирования и алгоритм решения задач нелинейной динамики пространственно -криволинейных трубопроводов с жидкостью.
В основу методики положены соотношения и алгоритм численного решения разработанные Баженовым В.Г. и Кибецем А.И. для анализа нелинейного динамического деформирования пространственных стержней, основанные на МКЭ [9, 10]. Автором диссертационной работы предложено развитие данного подхода применительно к трубопроводам с жидкостью.
Уравнение движения выводится из вариационного принципа Журдена [20].
S{i}TC]{ Cl Cl Гр
[C] = diag{1 1 1 2 2 2),
где {£} = Y£n Є22 Є2 е2Ъ £Ъ, {(7}=[сгп а33 а23
векторы, составленные из компонент тензоров деформаций и напряжений,

{Щ = У U2 и2,1 - перемещения в общей системе координат, рр
плотность трубы, {/} - распределенная нагрузка, Q - область, занимаемая конструкцией, Гр - область действия внешнего давления; точка над
символом означает частную производную по времени t. Скорости деформаций определяются в местной (сопутствующей) ортогональной