Расчет напряженно-деформированного состояния трубопроводов, подверженных канавочному износу методом конечных элементов

Abstract

ААктуальность исследования продиктована устареванием используемых промысловых трубопроводов, а значит, необходимостью улучшения качества полевых и камеральных работ по их диагностике и экспертизе промышленной безопасности. В работе рассмотрена возможность применения численного анализа напряженно-деформированного состояния трубопровода, подверженного канавочному износу, с использованием метода конечных элементов. С этой целью создается модель трубопровода с дефектом, рассматривается образование трещины. Рассмотрены плоская и объемная постановки задач, проведен анализ имеющихся исследований. Целью исследования является изучение возможность применения метода конечных элементов для моделирования развития дефектов на трубопроводах. Для повсеместного внедрения метода конечных элементов для камеральной обработки при проведении экспертизы промышленной безопасности нужно обосновать необходимость его применения. Для этого рассмотрена задача определения напряженно-деформированного состояния трубопровода с канавочным износом, с последующим верифицированием результатов. Объекты: анализ методом конечных элементов промысловых трубопроводов, подверженных дефектам потери металла. Методы: математическое моделирование, экспериментальные методы, методы теоретической механики. Результаты. Выполнен механический теоретический расчет напряжений в сечении трубопровода, подверженного ручейковой коррозии; результаты расчета сопоставлены с результатами экспериментов других авторов. По результатам расчетов, полученным на теоретической модели, предложена методика оценки технического состояния трубопровода с ручейковой коррозией, заключающаяся во внесении трещины в исходную геометрию в местах с критическими напряжениями и последующем анализе конструкции. Выполнен механический теоретический расчет напряжений, возникающих в сечении дефектного участка трубопровода при проведении его профилактического поворота.

The relevance of the study is dictated by the obsolescence of the field pipelines used, which means the need to improve the quality of field and desk work on their diagnostics and industrial safety expertise. The paper considers the possibility of applying numerical analysis of the stress-strain state of a pipeline subject to groove wear using the finite element method. For this purpose, a model of a pipeline with a defect is created and the formation of a crack is considered. The flat and volumetric problem statements are considered, the analysis of available studies is carried out. The purpose of the research is to study the possibility of using finite element method to simulate the development of defects in pipelines. For the widespread introduction of finite element method for in-house processing during industrial safety expertise, it is necessary to justify the need for its use. For this purpose, the problem of determining the stress-strain state of a pipeline with groove wear, with subsequent verification of the results, is considered. Objects: finite element analysis of field pipelines subject to metal loss defects. Methods: mathematical modeling, experimental methods, methods of theoretical mechanics. Results. A mechanical theoretical calculation of stresses in the cross section of a pipeline subject to stream corrosion was performed; the calculation results are compared with the results of experiments by other authors. Based on the results of calculations obtained on a theoretical model, a method for assessing the technical condition of a pipeline with rivulet corrosion is proposed, which consists in introducing a crack into the original geometry in places with critical stresses and subsequent analysis of the structure. A mechanical theoretical calculation of stresses arising in the section of a defective section of the pipeline during its preventive rotation is performed.