ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Балочные модели трубопроводов из "Математическое моделирование трубопроводных сетей и систем каналов" На первом этапе задача анализа НДС трубопроводной конструкции решается в балочном приближении. Вся рассматриваемая трехмерная трубопроводная конструкция моделируется КЭ в виде прямолинейных и криволинейных (для моделирования отводов) балок кольцевого поперечного сечения в соответствии с алгоритмами, подробно описанными в работах [1, 3]. [c.312] При подготовке расчетных моделей и численном анализе трубопроводной конструкции на данном этапе учитываются все нагрузки, существенно влияющие на общее НДС трубопровода, - избыточное внутреннее давление, температурный перепад, напряжения упруго изогнутых труб, нелинейное взаимодействие грунта и подземных участков трубопроводов, вес трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры и транспортируемой среды, а также другие нагрузки, определяемые условиями конкретной системы (например, нагрузки от наземных источников, смещение оси трубопровода от проектного положения, контакты с опорами и т.д.). [c.312] Моделирование сопротивления грунта деформации подземных участков трубопроводов осуществляется с помощью задания нелинейных связей (нелинейных пружин) по трем поступательным степеням свободы (вдоль оси трубы, поперечно в горизонтальной и вертикальной плоскостях) в узловых точках КЭ-модели. Параметры этих связей вычисляются для каждого элемента в соответствии с определяющими зависимостями инженерных моделей взаимодействия трубопровод - грунт (см. Раздел 3.3.2.1). [c.312] При анализе НДС подземного участка, являющегося частью протяженного трубопровода (например, магистрального), для получения корректных результатов и исключения влияния ГУ необходимо моделировать также примыкающие к нему смежные участки трубопровода. На концах данных участков задаются ГУ, исходя из объективного условия защемления в грунте отдаленных от рассматриваемого сегмента участков трубопроводов [138]. Причем, длина смежных участков, которые необходимо также моделировать, существенным образом зависит как от геометрических параметров и условий нагружения трубопровода, так и от характеристик физико-механических свойств окружающего грунта. Таким образом, точная информация о характеристиках физико-механических свойств грунтов в районе прокладки исследуемых подземных участков трубопроводов необходима не только для адекватного моделирования сопротивления грунта смещениям трубопровода, но и для корректного формирования и построения самих балочных КЭ-моделей данных участков. Иллюстрирующие примеры представлены в Приложении 5. Рекомендации по выбору длины смежных участков протяженного трубопровода, в зависимости от параметров рассматриваемой задачи приведены в работах [1,3]. [c.313] При анализе НДС эксплуатирующихся промышленных трубопроводных систем уже на первом этапе используется имеющаяся информация по данным технической диагностики трубопроводов. Например, дополнительные нагрузки на конструкцию, возникающие вследствие смещения оси трубопроводов от проектного положения, задаются в виде соответствующих смещений узлов КЭ-модели, просадки фундаментов и опор моделируются введением контактных элементов с начальным зазором и т.д. [c.313] На рис. 3.10 представлен пример балочной КЭ-модели конструкции нагнетательной магистрали КС. КЭ, моделирующие окружающий подземные участки трубопроводов грунт, на рис. 3.10 условно не показаны. [c.313] В результате расчетов на первом этапе получаются картины распределения характеристик общего НДС - перемещений, углов поворота, напряжений, деформаций, сил и моментов (в рамках балочного приближения) во всей конструкции рассматриваемой трубопроводной системы. На рис. 3.11 приведен пример результатов моделирования НДС трубопроводной конструкции на первом этапе. [c.314] Уточненный анализ сложного НДС трубопроводной конструкции выполняется на следующих этапах моделирования с использованием более сложных оболочечных и объемных КЭ-моделей. Задание граничных условий для оболочечных и объемных моделей участков МТ производится по результатам, полученным для балочных моделей. Наиболее удобным способом в данном случае является задание в качестве граничных условий кинематических характеристик НДС. Из всех кинематических параметров на границах рассматриваемого участка подземного трубопровода на его НДС наиболее существенное влияние оказывают осевые смещения трубопровода. [c.314] Из теории известно [127, 128], что для некоторых классов задач используя МКЭ, можно получить точные решения в узловых точках. В нашем случае применение вариационного метода (см. Раздел 3.2) построения балочной КЭ-модели позволяет распределенные по длине трубопровода осевые нагрузки привести к энергетически эквивалентным узловым (сосредоточенным) силам. Тогда, точные значения осевых узловых смещений трубопровода получаются независимо от количества КЭ, дискретизирующих участок. Таким образом, моделирование надлежащим образом распределенной нагрузки сопротивления грунта нелинейными пружинами (в узлах), как описано выше, не приводит к потере точности решения для осевых смещений узлов балочной КЭ-модели подземного участка трубопровода (см. Приложение 6). [c.314] Пример результатов моделирования общего НДС подземного участка трубопровода на первом этапе вьшислительной технологии (с использованием балочных КЭ-моделей) представлен на рис. 3.12. Получаемые на первом этапе результаты дают возможность выявить наиболее нагруженные участки трубопровода, установить их границы, вьщелить граничные узлы участков, в которых необходимо определить расчетные значения перемещений и углов поворота, используемые для моделирования на последующих этапах прочностного анализа. [c.315] Вернуться к основной статье