Autodesk Inventor сложная система автоматизированного проектирования, позволяющая  рассчитывать и исследовать напряженно-деформированное состояние различных трубопроводов. В [1-12] подчеркнута индивидуальность и многокомпонентность этой автоматизированной системы. В настоящей работе рассматриваются подземный магистральный газопровод «Парабель – Кузбасс I нитка», особенностью которого является около сорокалетний срок эксплуатации (с 1977 г). Данный газопровод вдоль своей трассы находится в различных грунтах со сложными климатическими условиями, оказывает сильнейшее силовое воздействие на окружающую его среду (грунт), вследствие чего происходит изменение физико-механические свойства грунта, что сопровождается движениями газопровода как в продольном, так и в поперечном направлениях.

В практике трубопроводного строительства хорошо известно, что состояние трубопровода не остается раз и навсегда таким, каким оно зафиксировано при строительстве. Весь период эксплуатации трубопровод находится в нестабилизированном состоянии, под влиянием различных факторов оно непрерывно изменяется. Все его характеристики взаимосвязаны, их связь настолько существенна, что изменение даже одной из них способно изменить и другие. Для определения действительного положения трубопровода и действующих в нем усилий в какой-то момент времени необходимо иметь основные характеристики, полностью определяющих поведение трубопровода в течение всего времени его работы В околошовной зоне трубопровода был обнаружен дефект типа «смещение». Расчеты статической прочности и допустимого срока эксплуатации (долговечности) сварных швов с дефектами проводятся в соответствии со Стандартом отрасли “Нефтепроводы магистральные. Кольцевые, продольные, спиральные швы с дефектами и трубы с расслоениями». По предварительным оценкам не существует комбинации внешних эксплуатационных нагрузок, способных вызвать наступление предельного состояния в секции.

Целью настоящего расчета является определение возможности дальнейшей эксплуатации трубопровода с дефектом данного типа путем установления значений внутренних усилий, действующих в дефектном участке, и сравнения полученных значений максимальных напряжений с расчетными сопротивлениями материала трубопровода. Значения и характер распределения напряжений в дефектном участке трубопровода предлагается определить с помощью расчета НДС модели трубопровода с дефектом методом конечных элементов в программном комплексе Autodesk Inventor.

Схема расположения дефектов на секции № 82140

Создание модели трубопровода с дефектом

Рисунок.1 Расчетная схема секции с дефектом типа «смещение»

Длина оболочки должна быть подобрана таким образом, чтобы исключить возможность влияния концевых заделок на область дефекта. Дефект типа «смещение» смоделирован в соответствии с данными замеров в ходе диагностики (Рисунок1). В общем случае следует уделить внимание на все возможные источники действующих сил на трубопровод – систему нагрузок и воздействий на на подземные газопроводы. В итоге получаем твердотелую 3D модель участка газопровода диаметром 1020 с дефектом

Результаты расчета представлены в виде графических изображений полей распределения напряжений в стенке трубопровода на рисунках 2 и 3.

 Рисунок.2 Распределение эквивалентных напряжений в зоне дефекта секции

Рисунок.3 Прогибы в дефектной секции

Полученные значения следующие: напряжение по Мизесу (min=0,00505МПа max=35,51МПа); смещение ( min=0 мм max=0,1632мм); коэффициент запаса прочности ( min=7,04бр max=15бр); основная деформация (min=-0,00000093 бр max=0,000131бр) и сравнили их  с СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Отклонений от норм выявлено не было.

Вывод и Заключения

Проведённое моделирование нестационарных процессов в сварных соединениях трубопроводов и расчет напряженно-деформированного состояния секции с дефектом показало, что Autodesk Inventor универсальная система автоматизированного проектирования, позволяет решать множество сложных задач.

Например, в моделирование сварных соединений понятно, что определено влияние неметаллических включений на изменение напряжений в металле шва сварных соединений трубопроводов. Вблизи включений, на границе раздела с матрицей, напряжения растут из-за различия физических характеристик стальной матрицы и неметаллических включений. Так же установлено, что для линейной части трубопроводов с кольцевыми швами характерно неравномерное напряженно-деформированное состояние. Максимальные значения напряжений создаются на границе перехода основного металла к усилению корня шва.

Моделирование напряженно-деформированного состояния показало нам, что конечно-элементная модель секции с дефектом металла стенки адекватна результатам внутритрубной дефектоскопии. Смещение на трубопроводе вызывает возмущения локального напряжения. Таким образом, увеличение эквивалентных напряжений в окрестности максимума глубины смещения составлял 1,4% в окрестности дефекта. Максимальное значение мембраных, касательных и эквивалентных напряжений не превышают расчетное сопротивление 35,51 МПа. Таким образом, когда рассчитанное давление внутри труб с толщиной стенки, соответствующей действительной прочности соблюдается, то мы можем говорить об отсутствии существенного влияния дефекта “смещение” на прочность и надёжность исследуемой секции трубы.

1. Алешин В.В, Кобяков В.А., Селезнев В.Б. Анализ прочности промышленных трубопроводов в ANSYS//Электронный научный журнал «САПР и Графика». – 2007. – №7.[Электронный ресурс] URL:http://www.sapr.ru/article.aspx?id=7652&iid=311 (дата обращения 19.12.2014).
2. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Кузовников Е.В., Тарасенко Д.А. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИЕМО-РАЗДАТОЧНОГО ПАТРУБКА С ДЕФЕКТОМ С ЦЕЛЬЮ ОБОСНОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ЕГО ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9 (7). – С. 1471-1476; .[Электронный ресурс] URL: http://www.rae.ru/fs/section=content&op=show_article.. (дата обращения: 15.12.2014).
3. Федосеева Е.М., Ольшанская Т.В., Игнатов М.Н., Шестаков А.П. Моделирование нестационарных процессов в сварном соединении трубопровода // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». – 2011. – №5. – С. 376-381. .[Электронный ресурс] URL: http://ogbus.ru/authors/Fedoseeva/Fedoseeva_1.pdf (дата обращения: 15.12.2014).
4. Роль трубопроводного транспорта в развитии регионов. Под ред. Иваницкой Е.В. // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2009. № 2(14). С. 4 – 5.
5. Гафаров Н.А., Митрофанов А.В., Гончаров А.А., Третьяк А.Я., Киченко Б.В. Анализ повреждений оборудования и трубопроводов на объектах добычи, переработки и транспорта продукции Оренбургского НГКМ // Серия «Диагностика оборудования и трубопроводов». ИРЦ Газпром. Москва, 2000. 39 с.
6. Семин Е.Е., Тарасенко А.А. Использование программных комплексов при оценке технического состояния и проектирование ремонтов вертикальных стальных резервуаров // Трубопроводный транспорт: теория и практика. – М., 2006. – № 4. – С. 84–87.
7. Сильницкий П.Ф., Тарасенко М.А., Тарасенко А.А. Расчет фундаментного кольца резервуара с дефектами // Известия вузов «Нефть и газ». – Тюмень, 2011. – № 5. – С. 76–78.
8. Бурков П.В., Буркова С.П., Тимофеев В.Ю., Ащеулова А.А. и Клюс О.В. Анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода в условиях вечной мерзлоты Вестник Кузбасского государственного технического университета., 2013. –– №. 6., – С. 77–79.
9. P.V. Burkov, D.Y. Chernyavsky, S.P. Burkova, A. Konan Simulation of pipeline in the area of the underwater crossing , IOP Conference Series: E. and Env. Sc.  21 (2014) 1-5.
10. P.V. Burkov, K. G. Kalmykova, S. P. Burkova, T. T. Do, Research of stress-deformed state of main gas-pipeline section in loose soil settlement. IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 5-7.
11. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Analysis of stress concentrators arising during MKY.2SH-26/53 support unit testing. Appl.ied Mech.anics and Mat.erials:  682 (2014) 216-223.
12. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev,  Justifying a method of balancing crank-and-rod mechanism of mining roadheader. Applied Mechanics and Materials: 682 (2014) 270-25.

Все статьи автора «Бурков Пётр Владимирович»