Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Строительная механика

Диссертационная работа:

Квофие Ричард Охене. Исследование напряжений и деформаций трубопроводов с использованием континуально-стержневой модели при учете физической и геометрической нелинейностей : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.17.- Владимир, 2006.- 174 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/1611

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТОДОВ

РАСЧЁТА ТРУБОПРОВОДОВ 9

  1. Предварительные замечания 9

  2. Оценка состояний газопроводов и методов их расчёта 10

  3. Обзор работ по прочностному расчёту трубопроводов 21

1.4. Обзор применений численных методов при расчёте

трубопроводов 26

1.5. Аналитический обзор исследований по учёту физической и

геометрической нелинейностей 30

  1. Стандартные программное обеспечение расчётов трубопроводов ... 34

  2. Выводы. Постановка задач исследований 35

Глава 2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЁТНОЙ МОДЕЛИ И

МЕТОДОВ РАСЧЁТА ТРУБОПРОВОДОВ 38

2.1. Оценка напряжённо-деформированного состояния трубопровода

классическими методами строительной механики 38

  1. Упругая модель - метод Эйлера 39

  2. Упруго-пластическая модель 40

2.2. Обоснование расчётной схемы трубопровода для численных

методов расчёта НДС 43

  1. Диаграмма «напряжения-деформации» для сталей МГП 45

  2. Анализ методов учета нелинейностей при расчете конструкций .... 51

  3. Выводы по второй главе 57

Глава 3. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТА ГАЗОПРОВОДА

ПРИ УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ 58

3.1. Расчет НДС элемента магистрального газопровода (ЭМГП)

- оболочечная микромодель в ПК «COSMOS/M» 58

3.2. Расчет НДС элемента магистрального газопровода (ЭМГП)

- плоская микромодель в ПК «COSMOS/M» 69

3.3. Расчет НДС элемента магистрального газопровода (ЭМГП)

- плоская микромодель, процедура на языке «FORTRAN» 80

  1. Теоретические основы МКЭ для плоской задачи 80

  2. Алгоритм и программа расчёта УПД ЭГП 84

  3. Результаты расчётов УПД элемента газопровода 85

(0Ъ 3.4. Выводы по третьей главе 90

Глава 4. МЕТОДИКА РАСЧЁТА НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ «АРОК»
МГП ПРИ УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ ПО
МОДЕЛИ ПЛОСКОЙ СТЕРЖНЕВОЙ СИСТЕМЫ 91

  1. Общие положения и расчётные предпосылки 91

  2. Алгоритм и программа расчёта макромодели «арки» МГП 93

^ 4.3. Исследование алгоритм и пример расчёта макромодели МГП 99

  1. Расчёт НДС макромодели МГП nK«COSMOS/M» 106

  2. Выводы по третьей главе 109

Глава 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ ВАРИАНТОВ «АРОК» И

ВНЕДРЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ПО

,^ь 5.1. Предварительные замечания ПО

  1. Расчёт длин участков «арок», подверженных УПД ПО

  2. Практическая методика применения ПО ПК «УПД_Арка» 116

  3. Применение ПО ПК «УПД_Арка» для расчёта номограмм 117

  4. Внедрение ПО ПК «УПД-Арка» в исследования МГП 118

  5. Выводы по пятой главе 118

~ Заключение 119

Литература 121

Приложение 1. Вычисления толщин ПЭ приведенного сечения МГП 135

Приложение 2. Подпрограммы ПО ПК «УПД-Арка» - блоки микромодели. 138

Приложение 3. Подпрограммы ПО ПК «УПД-Арка» - блоки макромодели. 160

І* Приложение 4. Акты внедрения результатов исследований 171

Введение к работе:

Системы магистральных продуктопроводов (трубопроводов - МТП, газопроводов - МГП, нефтепроводов - МНП, конденсатопроводов - МКП и др.) высокого давления являются одними из основных компонентов топливно-энергетических комплексов (ТЭК). Помимо газовой промышленности, продук-топроводы широко применяются на предприятиях тепловых сетей, нефтехимических производствах, в химической промышленности и т.д.

В России и во многих зарубежных странах значительная часть МГП (60-80%) эксплуатируется более 30 лет - их проектный ресурс исчерпан. Проблемы повышения надежности и безопасности трубопроводного транспорта, обоснованного продления сроков службы и др. являются весьма актуальными в газовой промышленности. Денежные средства, необходимые для полной замены этих МГП, оценивается в десятки миллиардов долларов; с другой страны -ущербы, которые возникают при аварии только на отдельном участке, часто приводят к финансовым потерям в десятки миллионов долларов, значительному экологическому ущербу и даже людским потерям.

Для обеспечения дальнейшей безопасной эксплуатация МГП, а также уменьшения стоимости ремонта, нужно провести качественную и количественную оценки напряжённо-деформированного состояния (НДС) МГП, которые позволят научно обоснованно рекомендовать технологии ремонта МГП с полной или частичной заменой труб МГП.

Особую проблему при эксплуатации МГП представляют газопроводы, проложенные по болотам и озерам Западной Сибири. МГП, построенные в основном в зимний период, испытывают значительные температурные воздействия. Положение усугубляется тем обстоятельством, что в течение длительного срока эксплуатации разрушились или опрокинулись железобетонные пригрузы, участки значительной протяжённости МГП «всплыли» и на них образовались «арки», на которые «сбрасываются» температурные деформации.

5 В первые годы эксплуатации МГП в Западной Сибири образовывались

небольшие «арки» - появление этих «арок», прежде всего, определялось инженерно-геологическими условиями (морозное пучение грунтов, локальные размывы грунтовой защиты потоками воды и др.) положения МГП. Максимальные значения стрел изгиба «арок», как правило, не превышали/=2,0-2,5 м, а их длина- /=150-200 м. Проблема расчёта и оценки НДС малых «арок» была решена [47] ВНИИГАЗ (Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов). В «Инструкции ...» [47] приведены методика расчёта НДС, зависимости напряжений в опасных сечениях от геометрических параметров «арок», рекомендации по ремонту МГП.

Вследствие указанных выше причин, последнее десятилетие особенно интенсивно проходят процессы образования больших «арок» (с параметрами /=10-15 м при /=300-500 м и более), материал которых работает в упруго-пластической стадии - корректной методики расчёта НДС таких «арок» нет.

В этой связи в диссертации рассматриваются задачи оценки НДС больших «арок» (представляющих наибольший практический интерес) при известных параметрах, размерах и форме деформирования, получаемой, как правило, путём проведения геодезической (тахеометрической) съёмки.

Применение упрощенных методов прочностных расчетов МГП, приводит к получению «грубых» оценок параметров НДС, не удовлетворяющих современным и перспективным требованиям проектирования и эксплуатации МГП систем, или даже к получению ошибочных результатов.

Аналогичные замечания можно сделать и по традиционным методикам расчетной оценки НДС МТП конструкций, основанных на методах сопротивления материалов и строительной механики. Эти методы не позволяют провести адекватный анализ прочности МТП ТЭК с требуемой точностью, а в некоторых случаях - могут даже дать неверную качественную оценку НДС конструкции.

Современный уровень развития численных методов механики сплошных сред и вычислительных мощностей компьютерной техники дают возможность: проведения численного анализа сложного нелинейного НДС МТП с минималь-

ными упрощениями их конструкции и учетом многофакторного нагружения; оценки их прочности по результатам моделирования разрушения исследуемых участков МТП; определении параметров их безопасной эксплуатации и др.

Для корректного решения задачи оценки НДС МГП необходимо использовать численные методы расчёта НДС, среди которых основным является метод конечных элементов (МКЭ). Применение МКЭ принципиально позволяет решить различные задачи оценки НДС и выявлять эффекты деформирования МГП — учесть физическую и геометрическую нелинейности, выполнить оценку НДС по деформированной схеме, учесть специфические условия нагружения и опирання МГП и др.

Все вышеперечисленное, по нашему мнению, свидетельствует об актуальности исследований диссертационной работы.

Основной целью исследований является разработка методики, алгоритмов и программ расчета деформированных участков («арок») МГП с учётом физической и геометрической нелинейностей. В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

обосновать расчётные модели «арок» МГП;

разработать методику детального исследования НДС упруго-пласти-чески деформированных участков «арок» МГП;

разработать алгоритмы и программы расчёта НДС «арок» МГП с учё-том физической и геометрической нелинейностей.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложена двухуровневая модель «арки» МГП:

микромодель - оценки НДС элемента газопровода (ЭГП), учитывающая физическую нелинейность работы материала;

макромодель - стержневая модель, учитывающая физическую нелинейность работы материала, а также геометрическую нелинейность, связанную с большими стрелами изгиба «арок»;

2. Подтверждена применимость гипотезы плоских сечений к расчету
ЭГП (при определенных типах нагружения) путем проведения численных опы
тов с использованием программного комплекса «COSMOS»;

3. Разработаны методики, алгоритмы и программ для расчета НДС

деформированных участков «арок» МГП с учетом физических и геометрических нелинейностей;

  1. Проведен анализ сходимости вычислительных процедур, определены рациональные значения параметров и даны рекомендации по их назначению в практических расчётах;

  1. Исследованы НДС «арок» МГП с различными параметрами и предложены номограммы доли (в %) длины «арки», подверженных упруго-пластическим деформациям, в зависимости от стрелы изгиба «арки».

Практическое значение исследований диссертации. Применение разработанных методики, алгоритмов и программ позволяет оценить НДС «арок» МГП, выделить в их составе упруго и упруго-пластически деформированные участки, обоснованно рекомендовать повторное использование труб и минимальные объёмы их замены на новые трубы - это позволяет сокращать затраты материальных и финансовых ресурсов, а также сроки выполнения ремонтных работ на МГП. Полученные результаты могут быть использованы газо-, неф-тетранспортными предприятиями, а также проектными организациями.

Кроме того, учитывая относительно слабое развитие расчётно-теорети-ческих методов в Гане (страна соискателя), данная диссертация может служить ценным пособием для местных специалистов.

Реализация результатов работы. Программная система, разработанная в диссертационной работе, используется Владимирским региональным отделением Российской Академии транспорта (ВРО PAT) и научно-производственной фирмой «Поиск» для выполнения расчетов опасных «арок» по заданию ЗАО «Сургутгазпром», а также Владимирским государственным университетом при выполнении научно-исследовательских работ.

Достоверность результатов обеспечивается:

- Использованием корректного математического аппарата и достаточно точных расчетных континуальных и стержневых моделей;

- Обоснованным применениям общепринятых допущений и гипотез

строительной механики;

- Применением апробированного к расчету сооружений МКЭ, а также
сравнения результатов расчётов по разработанной методике с оценками НДС

«арок» с помощью программного комплекса «SRAC COSMOS/M».

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсужде
ны: на Международной НТК «Интерстрой-2004» (Воронеж, октябрь 2004 г.); 5-
ом Всероссийском семинаре «Проблемы оптимального проектирования
сооружений» (Новосибирск, апрель 2005 г.); 3-ей (октябрь 2003 г.) и 4-ой
(октябрь 2005 г.) Международных НТК «Итоги строительной науки»

(Владимир); на научно-методическом семинаре кафедры «Сопротивления материалов» Владимирского государственного университета (2003-2005 г.г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 статьи.

На защиту выносятся:
ш - Двухуровневая модель «арки» МГП (микромодель - оценки НДС эле-

мента газопровода (ЭГП), учитывающая физическую нелинейность работы материала; макромодель - стержневая модель, учитывающая физическую нелинейность работы материала, а также геометрическую нелинейность, связанную с большими стрелами изгиба «арок»;

- Разработанные в диссертации методику, алгоритмы и программы для

расчета НДС деформированных участков «арок» МГП с учетом физических и

геометрических нелинейностей;

- Результаты исследований точности и сходимости вычислительных про
цедур, рекомендации по рациональным значениям алгоритмических парамет
ров разработанной программной системы;

*т - Результаты исследований, анализа и расчётов НДС «арок» МГП с раз-

личными геометрическими параметрами, а также номограммы доли (в %) длины «арки», подверженных упруго-пластическим деформациям, в зависимости от стрелы изгиба «арки».

Подобные работы
Герасимов Сергей Иванович
Накладная голографическая интерферометрия для исследования полей деформаций и напряжений в элементах конструкций
Моисеенко Маргарита Олеговна
Метод расчета разномодульных прямоугольных тонкостенных элементов конструкций с разрывными параметрами с учетом нелинейностей
Овчаров Алексей Александрович
Устойчивость ребристых конических оболочек при учете геометрической нелинейности
Джабраилов Арсен Шахнавазович
Напряженно-деформированное состояние оболочек вращения с ветвящимся меридианом с учетом физической нелинейности материала
Нургазиев Руслан Балтабайевич
Статический расчет пространственных мембранно-стержневых систем с учетом геометрической и конструктивной нелинейности
Саланов Михаил Вячеславович
Исследование осесимметричных трёхслойных оболочек с толстым слоем лёгкого заполнителя без введения гипотез о распределении в нём перемещений и напряжений
Саланов Михаил Вячеславович
Исследование осесимметричных тр#хслойных оболочек с толстым слоем л#гкого заполнителя без введения гипотез о распределении в н#м перемещений и напряжений
Мельничук Николай Николаевич
Конечно-элементный расчет современных фундаментов мостовых сооружений с использованием упругопластической модели теории пластического течения грунтов
Майданов Антон Евгеньевич
Суперэлементный подход для расчета складчатых цилиндрических систем с использованием дискретно-континуальной модели В. З. Власова
Овчинников Илья Игоревич
Модели и методы расчета стержневых и пластинчатых армированных конструкций с учетом коррозионных повреждений

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net