Алешин В.В., Селезнев В.Е., Клишин Г.С., Кобяков В.В., Дикарев К.И. Численный анализ прочности подземных трубопроводов

URSS. 2003. 320 с. ISBN 5-354-00525-6.

Белая офсетная бумага

Твердый переплет

Аннотация

В монографии предлагаются технологии численного анализа напряженно-деформированного состояния промышленных трубопроводов, оценки их прочности в условиях многофакторного нагружения и численного моделирования последствий пожара, возникающего при разрушении трубопровода. Технологии построены с использованием современных методов вычислительной механики и ориентированы на практическое применение специалистами ТЭК, решающими производственные задачи... (Подробнее)

Оглавление

Предисловие
Список основных используемых сокращений
Глава 1.	Численное моделирование напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов
	1.1.	Предварительные замечания
	1.2.	Общий алгоритм численного анализа прочности трубопроводов подземной прокладки
	1.3.	Нагрузки и воздействия на подземный трубопровод
	1.4.	Практическое применение общего алгоритма численного анализа прочности подземных трубопроводов
		1.4.1.	Подготовительная работа
		1.4.2.	Анализ общего напряженно-деформированного состояния трубопровода в балочном приближении
		1.4.3.	Анализ общего напряженно-деформированного состояния в оболочечном приближении
		1.4.4.	Анализ сложного нелинейного напряженно-деформированного состояния участков трубопроводов с коррозионными дефектами с применением объемных КЭ-моделей
	1.5.	Список литературы к Главе 1
Глава 2.	Численное моделирование напряженно-деформированного состояния подводных переходов магистральных трубопроводов
	2.1.	Особенности конструкции и условий эксплуатации подводных переходов магистральных трубопроводов
	2.2.	Постановка задачи анализа НДС и оценки прочности подводного трубопровода
		2.2.1.	Постановка и математическая формализация задачи обтекания трубопровода потоком жидкости
	2.3.	Методы решения
	2.4.	Моделирование нагрузок на подводный трубопровод от потока жидкости
		2.4.1.	Моделирование нагрузок на трубопровод, находящийся в стационарном потоке жидкости
		2.4.2.	Моделирование нагрузок на трубопровод, находящийся в нестационарном потоке жидкости
		2.4.2.1.	Численный анализ нестационарного течения воды
		2.4.2.2.	Считывание и дискретизация расчетных зависимостей касательных напряжений на поверхности трубопровода от времени
		2.4.2.3.	Процедура преобразования касательных напряжений в узловые усилия
		2.4.2.4.	Анализ НДС подводного трубопровода в нестационарном потоке
	2.5.	Анализ НДС подводного трубопровода, находящегося в стационарном потоке жидкости
		2.5.1.	Постановка задачи и исходные данные
		2.5.2.	Результаты моделирования
		2.5.3.	Воздействие выталкивающей силы
	2.6.	Анализ НДС подводного трубопровода, находящегося в нестационарном потоке жидкости
		2.6.1.	Постановка задачи и исходные данные
		2.6.2.	Результаты моделирования
	2.7.	Список литературы к Главе 2
Глава 3.	Численное моделирование аварийного разрушения узлов пересечения многониточных магистральных газопроводов
	3.1.	Предварительные замечания
	3.2.	Постановка задачи и метод решения
	3.3.	Технология численного моделирования аварийного разрушения узлов пересечения многониточных магистральных газопроводов и примеры ее применения
		3.3.1.	Модели материалов
		3.3.1.1.	Модель Крига
		3.3.1.2.	Модель грунта как жидкой среды
		3.3.1.3.	Модель трубной стали
		3.3.2.	Практические аспекты технологии
		3.3.2.1.	Построение геометрической модели и КЭ-сетки
		3.3.2.2.	Определение свойств материалов
		3.3.2.3.	Присвоение свойств материалов элементам конструкции
		3.3.2.4.	Нагрузки и граничные условия
		3.3.2.5.	Определение взаимодействия между элементами конструкций
		3.3.2.6.	Установка опций контроля выполнения анализа
		3.3.2.7.	Структура входных данных для программы LS-DYNA и подготовка к выполнению анализа
		3.3.2.8.	Выполнение численного анализа
		3.3.2.9.	Просмотр результатов
		3.3.3.	Модельные примеры
		3.3.3.1.	Удар фрагмента разрушившегося трубопровода по другому трубопроводу в зоне пересечения
		3.3.3.2.	Воздействие на трубопровод волны давления, формирующейся в грунтовом массиве при разрушении соседнего трубопровода
		3.3.3.3.	Осколочное поражение
	3.4.	Список литературы к Главе 3
Приложение 1. Программа автоматизированного построения и расчета участков трубопровода в балочном приближении
Приложение 2. Программа автоматизированного построения геометрической объемной модели трубопровода с окружающим грунтом
Приложение 3. Программа автоматизированного построения геометрической объемной модели участка трубопровода с коррозионным дефектом
Приложение 4. Программа автоматизированного поиска разрушающего давления для участков трубопровода с наружными коррозионными дефектами стенки
Приложение 5. Оценка влияния погрешностей исходных данных на точность получаемых результатов
Приложение 6. Программные процедуры для выполнения анализа НДС подводного трубопровода с учетом воздействия обтекающего его потока жидкости
Об авторах

Предисловие

Предлагаемая вашему вниманию монография посвящена развитию научного направления, связанного с разработкой практических методов и технологий численного анализа прочности сложных трубопроводных систем с целью повышения их безопасности, экономичности и экологичности.

В данной монографии подробно рассматриваются практические аспекты развития технологии численного прочностного анализа промышленных трубопроводных систем для выявления аварийно-опасных участков трубопроводов и их ранжирования по срокам ремонта или замены.

В ее основу положен разработанный В.В.Алешиным научный подход к повышению безопасности промышленных трубопроводных систем с использованием методов численного прочностного анализа. Данный подход заключается в проведении численного анализа сложного нелинейного напряженно-деформированного состояния (НДС) трубопроводов с минимальными упрощениями их конструкции с учетом многофакторного нагружения; оценке их прочности по результатам моделирования разрушения исследуемых участков трубопроводов; определении параметров их безопасной эксплуатации. В представляемой вниманию читателей монографии основное внимание уделяется развитию данной вычислительной технологии в направлении автоматизации процедур подготовки исходных данных, проведения расчетов и анализа полученных результатов.

Материал, изложенный в монографии, является логическим продолжением и развитием концепций и методов, предложенных в работе В.Е.Селезнева, В.В.Алешина и Г.С.Клишина "Методы и технологии численного моделирования газопроводных систем", опубликованной в издательстве УРСС (г.Москва) в 2002 году (448 с.).

Первая Глава монографии посвящена описанию алгоритмов вычислительной технологии и созданных на их базе программных процедур автоматизации численного анализа сложного нелинейного НДС и оценки прочности подземных трубопроводов с учетом их многофакторного нагружения и данных технической диагностики. Программные процедуры реализованы для практического применения в виде программных модулей (макросов), написанных на языке APDL, и предназначены для использования в лицензионной универсальной компьютерной программе ANSYS (США).

Во второй Главе монографии рассматривается технология численного анализа НДС и оценки прочности оголенных участков подводных переходов магистральных трубопроводов с учетом силового воздействия обтекающего их стационарного и нестационарного потоков воды. Приводятся постановка задачи и результаты численного моделирования течения воды при обтекании подводного трубопровода в трехмерной постановке, алгоритмы передачи нагрузок, действующих со стороны потока на трубопровод, и технология анализа сложного нелинейного НДС подводного трубопровода с учетом дополнительных нагрузок от водного потока. Описаны программные процедуры автоматизации анализа НДС подводного трубопровода.

В третьей Главе излагаются и научно обосновываются подход к численному анализу аварийного разрушения узла пересечения многониточных магистральных трубопроводов и созданная на базе этого подхода вычислительная технология. Описываются алгоритмы разработанной технологии и рассматриваются примеры ее практического использования для анализа безопасности узлов пересечения магистральных трубопроводов.

Основной текст монографии дополняется и иллюстрируется материалами, содержащимися в шести приложениях.

В Приложении 1 приводится полный текст программных процедур автоматизации построения и численного анализа общего НДС трубопроводных участков подземной прокладки в балочном приближении.

В Приложении 2 представлен пример (фрагмент) текста программной процедуры автоматизированного построения и численного анализа оболочечной геометрической модели участка трубопровода с окружающим грунтом.

В Приложении 3 содержится пример (фрагмент) текста программной процедуры автоматизированного построения объемной геометрической модели участка трубопровода с коррозионным дефектом.

В Приложении 4 приводится полный текст программных процедур автоматизированного построения, расчета и определения разрушающего давления объемных КЭ-моделей участков трубопроводов с коррозионными дефектам.

В Приложении 5 анализируются результаты исследований степени влияния погрешностей каждого из типов исходных данных, необходимых для численного анализа сложного нелинейного НДС подземных участков трубопроводов, на точность получаемых расчетных оценок.

В Приложении 6 представлен полный текст программной процедуры для преобразования расчетных значений касательных напряжений, возникающих на поверхности подводного трубопровода при обтекании его стационарным или динамическим потоками, в соответствующие узловые силы, выступающие в качестве нагрузки при оценки сложного нелинейного НДС конструкции магистрального трубопровода в области подводного перехода.

Концепция рукописи данной монографии была сформулирована В.Е.Селезневым. Детальный план-проспект рукописи этой монографии был подготовлен В.Е.Селезневым и В.В.Алешиным. Глава 1 написана В.В.Алешиным, В.В.Кобяковым и В.Е.Селезневым; Глава 2 -- В.В.Алешиным, В.Е.Селезневым, К.И.Дикаревым и Г.С.Клишиным; Глава 3 -- В.В.Алешиным, К.И.Дикаревым, В.Е.Селезневым.

Программные процедуры, представленные в Приложениях 1, 3 и 4, разработаны В.В.Кобяковым, в Приложении 2 -- К.И.Дикаревым. Приложение 5 написано В.В.Алешиным, К.И.Дикаревым и В.В.Кобяковым. В подготовке материала для Приложения 5 принимали участие П.В.Черномаз (Россия), Тибор Кршак (Словакия) и Рудольф Хайоши (Словакия).

Научная редакция монографии осуществлена В.В.Алешиным и В.Е.Селезневым.

В заключение авторы хотели бы искренне поблагодарить за постоянное внимание к своей работе, научно-технические консультации и критическое обсуждение материала, положенного в основу монографии, академика РАН, директора Российского Федерального Ядерного Центра -- Всероссийского научно-исследовательского института доктора физико-математических наук Радия Ивановича Илькаева, руководителей и ведущих специалистов Международной газотранспортной компании "SPP-DSTG" (Словакия) в лице директора по производству инженера Йозефа Титку, руководителя отделения промышленной безопасности и надежности инженера Тибора Кршака, главного специалиста по моделированию инженера Яна Марко и ученых Математического института Словацкой академии наук, в лице директора, академика САН, доктора физико-математических наук Анатолия Двуреченского, ученого секретаря института доктора Карола Немогу и ведущего специалиста института доктора Рудольфа Хайоши.

Авторы благодарят за поддержку своих разработок директора Представительства компании "CADFEM GmbH" в СНГ Валерия Николаевича Анпилова.

Авторы выражают свою благодарность и признательность сотрудникам Центра вычислительных технологий ООО "НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ" Ирине Алексеевне Скитевой, Олесе Вячеславовне Коршуновой, Оксане Владимировне Устюшиной и Валентине Николаевне Марзановой за помощь в подготовке рукописи к публикации. Также авторы искренне благодарят коллектив издательства УРСС за качественную работу по подготовке рукописи к печати в кратчайшие сроки, внимательное и доброжелательное отношение к авторам при работе.

Об авторах

АЛЕШИН ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ

Заместитель руководителя Центра вычислительных технологий механики ООО "НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ". Кандидат технических наук. Автор более 50 печатных работ, посвященных разработке и практическому применению методов численного моделирования и вычислительных технологий для повышения безопасности сложных промышленных объектов и технических систем с использованием методов вычислительной механики.

СЕЛЕЗНЕВ ВАДИМ ЕВГЕНЬЕВИЧ

Руководитель Центра вычислительных технологий механики ООО "НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ". Доктор технических наук. Автор более 100 печатных работ, посвященных повышению безопасности, экологичности и эффективности сложных технических систем методами вычислительной механики и математической оптимизации.

КЛИШИН ГЕННАДИЙ СЕМЕНОВИЧ

Директор ООО "НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ". Автор более 70 печатных работ, посвященных созданию и практическому применению информационных программно-аппаратных систем и вычислительных технологий для комплексной оценки состояния промышленных объектов топливно-энергетического комплекса.

КОБЯКОВ ВЯЧЕСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ

Научный сотрудник Центра вычислительных технологий механики ООО "НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ". Автор серии печатных работ в области разработки и практического применения вычислительных технологий прочностного анализа промышленных объектов трубопроводного транспорта.

ДИКАРЕВ КОНСТАНТИН ИГОРЕВИЧ

Младший научный сотрудник Центра вычислительных технологий механики ООО "НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ". Автор серии печатных работ в области разработки и практического применения вычислительных технологий прочностного анализа промышленных объектов трубопроводного транспорта.