Оценка напряженно-деформированного состояния трубопроводных конструкций с эксплуатационными повреждениями

Основные результаты работы и выводы по диссертации состоят в следующем.

1. Разработана методика решения задачи оценки параметров НДС на основании величин перемещений, заданных с погрешностью, применительно к трубопроводным конструкциям в непроектном положении при наличии малых деформаций (начальная стадия арочного выброса) методами строительной механики. Методика позволяет производить оценку НДС поврежденных участков трубопроводных конструкций при искривлении продольной оси трубопровода, сопровождающемся малыми деформациями,.

2. Разработана методика оценки параметров НДС на основании заданных величин характерных перемещений применительно к трубопроводным конструкциям в поврежденном состоянии при наличии развитых пластических деформаций методами строительной механики. Методика позволяет производить оценку НДС поврежденных участков трубопроводных конструкций при наличии местного гофрообразования.

3. Построена комбинированная оболочечно-твердотельная модель конструктивного элемента, представляющего собой участок трубопроводной конструкции, находящейся в поврежденном состоянии. Модель может быть эффективно использована для расчета трубопроводов, а также иных протяженных пространственных конструкций.

4. Построена модель переходного пояса для корректного сопряжения обо-лочечной модели и модели деформируемого твердого тела, что позволяет строить комбинированные модели с использованием инженерных программных пакетов.

5. Построена модель управляющего воздействия для учета начальных несовершенств, существенно влияющих на характер деформирования трубопровода при гофрообразовании.

6. Произведена верификация построенных моделей посредством сопоставления результатов численного исследования напряженно-деформированного состояния трубопроводной конструкции на стадии эксплуатации при различных схемах нагружения с экспериментальными данными и сведениями, опубликованными в литературных источниках. Методика верификации может быть использована для верификации иных аналогичных моделей.

На защиту выносятся:

— постановка и методика решения обратной задачи строительной механики применительно к трубопроводным конструкциям в поврежденном состоянии при наличии малых деформаций (начальная стадия арочного выброса), суть которой состоит в использовании решения приближенного уравнения, описывающего деформирование конструктивного элемента, в качестве источника априорной информации для решения некорректной по Адамару задачи поиска параметров НДС на основании неточно заданных величин перемещений;

— постановка и методика решения обратной задачи строительной механики применительно к трубопроводным конструкциям в поврежденном состоянии при наличии развитых пластических деформаций (местное гофрообразование), которая позволяет производить оценку параметров НДС конструктивного элемента на основании замеров величин характерных перемещений с учетом конкретной схемы нагружения конструктивного элемента;

— комбинированная оболочечно-твердотельная модель конструктивного элемента, представляющего собой участок трубопроводной конструкции, находящейся в поврежденном состоянии, разработанная для описания деформирования конструктивного элемента с учетом местной потери устойчивости;

— способ постоянного согласования граничных условий при использовании комбинированной оболочечно-твердотельной модели применительно к задачам расчета трубопроводных конструкций, находящихся в поврежденном состоянии;

— результаты численного моделирования поведения трубопроводной конструкции на стадии эксплуатации при различных схемах нагружения с использованием предложенных моделей.

Заключение

и основные выводы.

1. Айнбиндер, А. Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость: Справочное пособие / А. Б. Айнбиндер. -М.. Недра, 1991. -287с.

2. Айнбиндер, А. Б. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость / А. Б. Айнбиндер, А. Г. Камерштейн. М.: Недра, 1982. -341 с.

3. Алероев, Б. С. Разработка методологии оценки работоспособности магистрального трубопровода по критерию надежности на этапах проектирования эксплуатации: дисс. соиск. уч. степ. докт. техн. наук М.: ГАНГ им. И. М. Губкина, 1994. — 346 с.

4. Алешин, В. В. Численный анализ прочности подземных трубопроводов / В. В Алешин, В. Е. Селезнев, Г. С Клишин, В. В. Кобяков, К. И. Дика-рев — под ред. В. В. Алешина и В. Е. Селезнева. М.: Едиториал УРСС, 2003. — 320 с.

5. Анучкин, М. П. Прочность сварных магистральных трубопроводов / М. П. Анучкин. -М.: Гостоптехиздат, 1963. 264 с.

6. Бахвалов, Н. С. Численные методы. Т. 1 / Н. С. Бахвалов. М.: Наука, 1973.-632 с.

7. Березин, В. Л. Капитальный ремонт магистральных трубопроводов / B. JL Березин, К. Е. Ращепкин, Л. Г. Телегин. М.: Недра, 1978. — 364 с.

8. Березин, В.Jl. Прочность и устойчивость резервуаров и трубопроводов / В. Л. Березин, В. Е. Шутов. М.: Недра, 1973. — 200 с.

9. Болотин, В. В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений /В.В. Болотин. -М.: Стройиздат, 1982. -352 с.

10. П. Борисов, В.В. ремонт магистральных трубопроводов / В. В. Борисов. -М.: Гостоптехиздат, 1958. 110 с.

11. Бородавкин, П. П. Механика грунтов в трубопроводном строительстве / П. П. Бородавкин. М.: Недра, 1976. — 280 с.

12. Бородавкин, П. П. Подземные магистральные трубопроводы / П. П. Бородавкин. М.: Недра, 1982. — 384 с.

13. Бородавкин, П. П. Сооружение магистральных трубопроводов / П. П. Бородавкин, В. Л. Березин. М. Недра, 1977. — 246 с.

14. Бородавкин, П. П. Подводные трубопроводы / П. П. Бородавкин, В. Л. Березин, О. Б. Шадрин. М. Недра, 1979. — 180 с.

15. Бородавкин, П. П. Прочность магистральных трубопроводов / П. П. Бородавкин, A.M. Синюков. М.: Недра, 1984. — 245 с.

16. Вапник, В. И. Восстановление зависимостей по эмпирическим данным / В. И. Вапник. М.: Наука, 1979. — 448 с.

17. Велиюлин, И. И. Совершенствование методов ремонта газопроводов / И. И. Велиюлин. М.: ИРЦ ГАЗПРОМ, 1997. — 223 с.

18. Вентцель, Е .С. Теория случайных процессов и её инженерные приложения / Е. С. Вентцель. М.: Наука, 1991. — 384 с.

19. Волков, Л. И. Надежность летательных аппаратов / Л. И. Волков, A.M. Шишкевич. М.: Высшая школа, 1975. — 294 с.

20. Вольмир, A.C. Устойчивость упругих систем / A.C. Вольмир. М.: Физматгиз, 1963. — 880 с.

21. Вопросы надежности газопроводных конструкций: Сб. научных трудов под ред. В. В. Харионовского. М.: ВНИИГаз, 1993. — 110 с.

22. Гайдамак, В. В. Надежность нефтепроводов, прокладываемых в неоднородных грунтах / В. В. Гайдамак, B.JI. Березин, П. П. Бородавкин, Э. М. Ясин, М.: Изд. ВНИИОЭНГ, 1975. — 87 с.

23. Гилл, Ф. Практическая оптимизация / Ф. Гилл, У. Мюррей, М. Райт. -М.: Мир, 1985. 509с.

24. Голованов, A.JI. Методы и средства обнаружения мест утечек в магистральных газопроводах / Голованов A. J1. // Строительство трубопроводов. 1983. — № 2. — С.8−10.

25. ГОСТ Р 27.310−93. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения. М. Госстрой, 1992.

26. Гумеров А. Г. Методы повышения несущей способности нействующих нефтепроводов. Научно-технический обзор / А. Г. Гумеров и др. М.: ВНИИОЭНТ, 1983.-56 с.

27. Дедиков, Е. В. Расчет прочности криволинейных трубопроводов с эрозионными дефектами / Е. В. Дедиков и др. // Газовая промышленность. -1999.-№ 2.-С. 31−33.

28. Захаров, М. Н. Прочность сосудов и трубопроводов с дефектами стенок в нефтегазовых производствах / М. Н. Захаров, В. А. Лукьянов. М.: ГУЛ Изд-во «Нефть и газ «РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2000. -216 с.

29. Злочевский, А. Б. Экспериментальные методы в строительной механике / А. Б. Злочевский. -М.: Стройиздат, 1983. 198 с.

30. Иванов, В.К. О некорректно поставленных задачах / В. К. Иванов // Ма-тем. сб. 1963. -т. 61. -№ 2.

31. Иванов, В. К. Теория линейных некорректных задач и ее приложения / В. К. Иванов, В. В. Васин, В. П. Танана. -М.: Наука, 1978. 231 с.

32. Иванцов, О. М. Надежность строительных конструкций магистральных трубопроводов / О. М. Иванцов. М.: Недра, 1985. — 231 с.

33. Иванов, А.Г. О природе катастрофических разрушений трубопроводов /А.Г. Иванов //Доклады АН СССР. Техническая физика. 1985. — т. 285. — №. —, С. 357−360.

34. Иванцов, О. М. Сопоставление методик расчета магистральных трубопроводов по нормам России, США, Канады и европейских стран / О. М. Иванцов, В. В. Харионовский, В. П. Черний. М.: ИРЦ Газпром, 1996.-51 с.

35. Иванцов, О. М. Надежность магистральных нефтепроводов / О. М. Иванцов, В. И. Харитонов. М.: Недра, 1978. — 166 стр.

36. Иноземцев, В. К. Математическая модель деформирования геомассивов применительно к деформационным процессам в основаниях сооружений / B.K. Иноземцев, В. И. Редков. Саратов: Изд-во СГТУ, 2005. -412 с.

37. Камерштейн, А. Г. Условие работы стальных трубопроводов и резервы их несущей способности / А. Г. Камерштейн. М.: Стройиздат, 1996. -162 с.

38. Капур, К. Надежность и проектирование систем / К. Капур, Л. Ламбер-сон. М.: Мир, 1980. — 606 с.

39. Клок, Б. А. Прочность и ремонт магистральных трубопроводов в Западной Сибири / Б. А. Клок, В. М. Стояков, Г. Н. Тимербулатов. М.: Машиностроение, 1994. — 120 с.

40. Коррозия: справ, изд. / Под ред. Л. Л. Шрайера. М.: Металлургия, 1981, — 632 с.

41. Критерии прочности и расчет механической надежности конструкций / В. Н. Аликин, П. В. Анохин, Г. Л. Колмогоров, И. Е. Литвин. Пермь: ПГТУ, 1999. 158 с.

42. Курганова, И. Н. Теоретическое обоснование результатов натурного обследования участков северных газопроводов в непроектном положении / И. Н. Курганова // Надежность газопроводных конструкций. М.: ВНИИГАЗ, 1990. — С. 147−155.

43. Курганова, И. Н. Экспериментальные исследования устойчивости линейной части эксплуатируемых газопроводов в условиях Западной Сибири / И. Н. Курганова // Магистральный транспорт природного газа. -М.: ВНИИГАЗ, 1990. С. 2−9.

44. Курочкин, В. В. Эксплуатационная долговечность нефтепроводов / В. В. Курочкин, H.A. Малюшин, O.A. Степанов, A.A. Мороз М.: ООО «Не-дра-Бизнесцентр», 2001. — 231 с.

45. Ланчаков, Г. А., Работоспособность трубопроводов. В 3-х ч. Ч. 2. Сопротивляемость разрушению / Г. А. Ланчаков, Е. Е. Зорин, Ю. И. Пашков, А. И. Степаненко. 2001. — 350 с.

46. Ланчаков, Г. А., Работоспособность трубопроводов. В 3-х ч. Ч. 3. Диагностика и прогнозирование ресурса / Г. А. Ланчаков, Е. Е. Зорин, Ю. И. Пашков, А. И. Степаненко. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. — 291 с.

47. Лахтин, Ю. М. Материаловедение / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева, М.: Машиностроение. — 1980. — 493 с.

48. Литвин, И. Е. Оценка показателей надежности магистральных трубопроводов / И. Е. Литвин, В. Н. Аликин. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. 167 с.

49. Марченко, А. Ф. Почвенная коррозия трубопроводной стали и магистральных трубопроводов / А. Ф. Марченко // Строительство трубопроводов. 1995.-№ 1. — С. 29−34.

50. Марчук, Г. И. Методы вычислительной математики / Г. И. Марчук. М.: Наука, 1989.-608 с.

51. Мелехин, В. П. Прогнозирование прочности участков газопроводов, содержащих микроскопические дефекты. В. П. Мелехин и др. М.: ВНИИГАЗ, 1981.-36 с.

52. Метод конечных элементов в задачах газонефтепромысловой механики / В. Н. Аликин, И. Е. Литвин, С. М. Щербаков, В. П. Бородавкин. -М.: Недра, 1992.-288 с.

53. Методы расчета оболочек. Т. 3. Теория упруго-пластических оболочек при неизотермических процессах нагружения / Ю. Н. Шевченко, И. В. Прохоренко Киев: Наук, думка, 1981. — 296 с.

54. Методы расчета оболочек. Т. 4. Теория оболочек переменной жесткости /Я.М. Григоренко, А. Т. Васильев Киев: Наук, думка, 1981. — 554 с.

55. Мокроусов, С. Н. О состоянии технической безопасности магистральных нефтепродуктопроводов / С. Н. Мокроусов // Сборник трудов Международной конференции «Безопасность трубопроводов». -Москва, 1721 сентября 1995. -М.: ИАЭ, 1995. -С. 12−21.

56. МоношковА.Н. Пластическая устойчивость и ее роль в оценке прочности труб / А. Н. Моношков, С. И. Пыхов, И. А. Пустин // Производство труб с покрытием, отделка и контроль качества труб. В. 1 — М.: Металлургия, 1973. — С. 56−65.

57. Муравьева, Л. В. Оценка надежности трубопроводных конструкций с эксплуатационными повреждениями / Л. В. Муравьева, И. Г. Овчинников, В. А. Пшеничкина. Саратов: СГТУ, 2004. — 256 с.

58. Наумова, Г. А. Расчеты на прочность сложных стержневых и трубопроводных конструкций / Г. А. Наумова, И. Г. Овчинников. Саратов: СГТУ, 2000. — 227 с.

59. Новая конструкция изоляционного покрытия для повышения безопасности трубопроводов / А. Ф. Пужайло, В. Н. Лисин, и др. // Трубопроводный транспорт нефти. 2000. — № 1 — С. 28−32.

60. Овчинников, И. Г. Механика пластинок и оболочек, подвергающихся коррозионному износу / И. Г. Овчинников — Сарат. политехи, ин-т. Саратов, 1991.-115 с.-Деп. в ВИНИТИ 30.07.91. № 3251-В91.

61. Овчинников, И. Г. Инженерные методы расчета конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных средах: учебное пособие / И. Г. Овчинников, А. И. Айнабеков, Н. Б. Кудайбергенов. Алматы: РЖ, 1994. — 132 с.

62. Овчинников, И.Г., Прогнозирование работоспособности защитных покрытий и элементов конструкций с защитными покрытиями. Обзор, ч.1. / И. Г. Овчинников, Н. Б. Кудайбергенов, И. Г. Гатауллин — СГТУ. Саратов, 1992. — 32 с. — Деп в ВИНИТИ 13.11.92 № 3257-В92.

63. Овчинников, И. Г. Прогнозирование работоспособности защитных покрытий и элементов конструкций с защитными покрытиями. Обзор, ч.2. / И. Г. Овчинников, Н. Б. Кудайбергенов, И. Г. Гатауллин — СГТУ. Саратов, 1992. 32 с.-Деп в ВИНИТИ 13.11.92 № 3256-В92.

64. Овчинников, И.Г., Прочность и долговечность элементов трубопроводных конструкций с повреждениями коррозионного характера / Овчинников ИГ., Наумова Г. А., Кабанин В. В. — Сарат. гос. техн. ун-т. -Саратов, 1999. 164 с. — Деп. в ВИНИТИ 03.02.99. № 373-В99.

65. Овчинников, И. Г. Расчет и рациональное проектирование конструкций, подвергающихся коррозионному износу (обзор) / И. Г. Овчинников, Ю. М. Почтман // Физико-химическая механика материалов. 1991. — № 2. — С. 7−19.

66. Оперативная информация об авариях, происшедших на предприятиях, подконтрольных Госгортехнадзору России: редакционная статья // Безопасность труда в промышленности. 2001. — № 12. — С. 14.

67. Павлов, П. А. Прочность сталей в коррозионных средах / П. А. Павлов, Б. А. Кадырбеков, В. А. Колесников. Алма-Ата: Наука, 1987. — 272 с.

68. Перельмутер, А. В. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа / А. В. Перельмутер, В. И. Сливкер. Киев: изд-во «Сталь», 2002.-600 с.

69. Петров, В. В. Расчет пластинок и оболочек из нелинейно упругого материала. / В. В. Петров, И. Г. Овчинников, В. И. Ярославский. Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 1976. — 248 с.

70. Петров, В. В. Расчет элементов конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой / В. В. Петров, И. Г. Овчинников, Ю. М. Шихов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1987. — 288 с.

71. Петров, В. В. Теория наведенной неоднородности и ее приложения к проблеме устойчивости пластин и оболочек / В. В. Петров, В. К. Иноземцев, Н. Ф. Синева. Саратов: СГТУ, 2002. — 260 с.

72. Прочность газопромысловых труб в условиях коррозионного износа / Э. М. Гутман, Р. С. Зайнуллин, А. Т. Шаталов и др. М.: Недра, 1984. — 76 с.

73. Разработка алгоритма стохастического МКЭ применительно к задачам оценки механической надежности конструкций машиностроения / В. Н. Аликин, И. Е. Литвин, А. И. Ефимов, Т. Е. Степанова // Динамика и прочность машин. 2001. — № 2. — Пермь.: ПГТУ, С. 31−37.

74. Рекомендации по оценке несущей способности участков газопроводов в непроектном положении. -М. .ВНИИГАЗ, 1988. 53 с.

75. Родичев, Л.В., Физическое моделирование процессов коррозии металла, протекающих под слоем антикоррозионной защиты / Л. В. Родичев, З. Ф. Каримов // Строительство трубопроводов. 1993. — № 6. — С. 29−32.

76. Самуль, В. И. Основы теории упругости и пластичности / В. И. Самуль. -М.: Высш. школа, 1982. 264 с.

77. Свойский, Ф. М. Несовместные конечные элементы для расчета листовых пространственных конструкций / Ф. М. Свойский // Прикладные проблемы прочности и пластичности. Горький: Изд-во Горьковского университета, 1986. С. 59−70.

78. Селезнев, В. Е. Методы и технологии численного моделирования газопроводных систем / В. Е. Селезнев, В. В. Алешин, Г. С. Клишин. М.: Едиториал УРСС, 2002. — 448 с.

79. Сергеева, Т. К. Состояние проблемы стресс-коррозии в странах СНГ и за рубежом / Т. К. Сергеева, Е. П. Турская, И. П. Михайлов, А. И. Чистяков // Сер.: Защита от коррозии оборудования в газовой промышленности. М.: ИРЦ «Газпром», 1997. — 101 с.

80. Системная надежность трубопроводного транспорта углеводородов / В. В. Черняев, К. В. Черняев, B.JI. Березин и др. М.: Недра, 1997. — 517 с.

81. СНиП 2.06.05−85 Магистральные трубопроводы. -М.: Госстрой, 1985.

82. Стратегия развития газовой промышленности России. М.: Энерго-атомиздат, 1997. — 344 с.

83. Тартаковский, А. Г. Строительная механика трубопровода / А.Г. Тарта-ковский. -М.: Недра, 1967. -312 с.

84. Тимошенко, С. П. Механика материалов / С. П. Тимошенко. Дж. Гере. -М.: Изд-во Лань, 2002. 672 с.

85. Харионовский, В В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов / В. В. Харионовский. М.: ОАО «Издательство „Недра“», 2000. — 467 с.

86. Харионовский, В. В. Повышение прочности газопроводов в сложных условиях / В. В. Харионовский. Л.: Недра, 1990. — 180 с.

87. Харионовский, В. В. Надежность трубопроводных конструкций: теория и технические решения / В. В. Харионовский, И. Н. Курганова. М.: Энергоцентр, 1995. — 125 с.

88. Хигер, М.Ш. К расчету трубопровода на линейно-упругом основании М. Ш. Хигер, Н. В. Николаев // Строительная механика и расчет сооружений. -1979. -№ 4. С.23−25.

89. Чирков, В. П. Нагрузки и воздействия, влияющие на надежность трубопроводных конструкций / В. П. Чирков // Конструктивная надежность газопроводов. Сб. научн. трудов ВНИИГАЗа. М.: ВНИИГАЗ, 1992.

90. Шарыгин, В. М. Дефектование и очередность ремонта открытых участков трубопроводов / В. М. Шарыгин и др. // Газовая промышленность. 1991, № 1.-С. 6−7.

91. Ясин, Э. М. Надежность магистральных трубопроводов / Э. М. Ясин, В. Л. Березин, К. Е. Ращепкин. М.: 1972. — 184 с.

92. Allman, D.J. A compatible triangular element including vertex rotations for plane elasticity analysis / D.J. Allman //Computer and Structures. 1984. -V. 19. № 1−2. P. l-8.

93. American National Standard. ANSI/ASME B31.8. Gas Transmission and Distribution, Piping Systems.

94. British Standard. CP2010: Part 2: Pipelines. Design and Construction of Steel Pipelines in Land.

95. Canadian Standard. CAN/CSA-Z184. Gas Pipeline Systems. Pipeline Systems and Materials.lOo.Deutshe Normen. DIN2470. Teil 2. Gasleitungengen ans Stahlrohren mit zul. Betriebsdrucken von mehr als 16 bar. Anforderungen an die Rohrleitungsteile.

96. Det Norske Veritas. Rules for Submarine Pipeline Systems.

97. Donnel, L.H. Stability of thin-walled tubes under torsion / L.H. Donnel. -NASARept, 1933. № 479.

98. Simo, J.C., Taylor L.L. «Consistent Tangent Operators for Rate-Independent Elastoplasticity». Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 48, pp. 101−118 (1985).