Балочные модели трубопроводов

При моделировании и верификации проектных решений с учетом жизненного цикла трубопроводов для получения достоверных и обоснованных оценок нельзя ограничиваться только балочными моделями трубопроводов с линейно-упругим поведением материала труб. Эти модели не позволяют определять реальное трехмерное нелинейное НДС любого участка трубопроводной сети. Для определения реального сложного НДС трубопроводных конструкций необходимо применять новые методы моделирования, например, разработанные В.В. Алешиным и предполагающие последовательный переход от балочных моделей труб к более сложным оболочечным и объемным моделям (см. Главу 3 и работы [3, 6, 17, 23, 43]). Данные методы предоставляют проектировщику трубопроводных систем возможность в полной мере и с высокой точностью выполнить все требования действующих на сегодняшний день нормативных документов по расчету механических напряжений с учетом всех действующих нагрузок и упруго-пластической работы металла труб. Например, такая верификация проектных решений необходима при проектировании (см. [44]) [c.40]

Балочные модели трубопроводов [c.312]

Расчеты, проводимые на первом этапе по балочным моделям, являются оценочными и служат для определения общей картины НДС трубопроводных конструкций, выявления наиболее нагруженных участков и определения силовых (силы и моменты) и кинематических (смещения и углы поворота) характеристик, действующих на границах выявленных участков. Поэтому эти расчеты, в основном, проводятся в предположении линейно-упругого поведения материала труб. Пластические деформации трубопровода при расчетах по балочным моделям также могут учитываться, например, при расчетах [c.313]

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]

ГУ для оболочечных КЭ-моделей трубопроводов задаются по результатам анализа балочных КЭ-моделей с помощью специально разработанных алгоритмов и автоматизированных процедур (см. [1,3]). [c.316]

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]

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]

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]

На следующем шаге с помощью балочных или оболочечных моделей исследуется влияние обнаруженных при технической диагностике смещений от проектного положения трубопроводов и элементов их крепления на НДС всей конструкции в целом. Далее уточнение сложного НДС наиболее нагруженных и/или имеющих дефекты участков трубопроводов проводится с использованием оболочечных и объемных моделей. На этом же этапе осуществляется моделирование предельных состояний и разрушения наиболее нагруженных сегментов трубопроводной системы. [c.320]

Общий алгоритм анализа криволинейных участков трубопроводов также состоит из трех последовательных взаимосвязанных этапов моделирования с использованием балочных, оболочечных и объемных КЭ-моделей. Кроме того, для корректного учета начального НДС гнутых участков алгоритм дополняется процедурами прямого численного моделирования процесса холодного гнутья труб. Рассмотрим некоторые особенности анализа сложного нелинейного НДС холодногнутых труб МТ с коррозионными дефектами более подробно. [c.321]

Согласно представленным в Разделе 3.4 методам и алгоритмам, численный анализ сложного нелинейного НДС подземных участков промышленных трубопроводных систем проводится поэтапно, с последовательным использованием балочных, оболочечных и объемных моделей труб. На первом этапе для моделирования нелинейного взаимодействия трубопровода с окружающим его грунтом используются полуэмпирические (инженерные) расчетные модели грунтов (см. Раздел 3.3.2.1), построенные на основании результатов экспериментальных исследований. [c.628]

Очевидно, что на первом этапе технологии численного анализа НДС трубопроводов (см. Раздел 3.4.2.1) для учета температурных деформаций конструкции наиболее адекватным подходом является построение балочной КЭ-модели всего пролета трубопроводной системы и жесткая заделка концов модели. Однако в случае анализа протяженных подземных пролетов МТ такая модель будет содержать большое количество нелинейных КЭ , что существенно затрудняет получение численного решения без применения высокопроизводительной компьютерной техники. [c.651]

С другой стороны, пространственная геометрия осевой линии протяженного подземного участка МТ повторяет рельеф местности, в которой проложен трубопровод. Максимальные температурные деформации любого пролета реального МТ сосредоточены на участках с минимальной поперечной жесткостью - вертикальных и горизонтальных изгибах осевой линии трубопроводной конструкции. В связи с этим обстоятельством для протяженных подземных пролетов трубопроводов результаты требуемой точности можно получить, исследуя балочные КЭ-модели их отдельных участков, построенных с соблюдением следующих правил. [c.651]

Таким образом, результаты проведенных вычислительных экспериментов свидетельствуют, что при надлежащем выборе на первом этапе технологии численного анализа длины моделируемого участка протяженного трубопровода можно исключить влияние граничных условий на его НДС и получить результаты требуемой точности. Следовательно, точная информация о характеристиках физико-механическим свойств грунтов в районе прокладки исследуемых участков подземных трубопроводов необходима не только для адекватного моделирования сопротивления грунта смещениям трубопровода (что очевидно), но и для корректного формирования и построения самих балочных КЭ-моделей данных участков. [c.653]

Очевидно, что сопротивление окружающего грунта смещениям трубы при полной и неполной засыпках траншеи различаются. Это обстоятельство необходимо учитывать на первом этапе моделирования с использованием балочных моделей трубопроводов. Определение понижающих коэффициентов для характеристик инженерных моделей сопротивления грунта деформациям трубопровода в траншее с оставшимися после естественного способа засьшки грунтом полостями осуществлялось по результатам вьшислительных экспериментов на модельных задачах по технологии, описанной в Приложении 3. Полученные значения понижающих коэффициентов для основных типов реальных грунтов, встречающихся в районах прокладки МТ, были внесены в базы данных подсистемы Alfargus/Stru turalAnalysis . [c.338]

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]

Серия вычислительных экспериментов по анализу НДС с использованием балочных КЭ-моделей участка трубопровода, изображенного на рис. П5.1, проводилась для различных значений длины подземных участков (/ = 100л/, 200м, 400л/) и характеристик [c.652]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология