Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в стране эксплуатируется более 3000 км. подводных перекодов газопроводов через водные преграды. Многие из них находятся в эксплуатации 25-30 лет. Значительное число переходов имеет незаглубленные и провисшие участки.
Гидродинамическое воздействие со стороны водного потока реки является одной из основных нагрузок, приводящей к отказу подводного перехода. Гидродинамическая нагрузка, при определенных обстоятельствах, приводит к накоплению усталостных повреждений и появлению опасных с точки зрения прочности изгибных напряжений.
Следует отметить, что нормативными документами не предусмотрены расчеты на прочность и на усталость подводных переходов имеющих- провисшие участки. В случае разрушения трубопровода восстановление работоспособности подводного перехода сопоставимо по стоимости со строительством нового перехода. Экологический ущерб от аварий на подводных переходах является значительным.
Для оценки напряженно - деформированного состояния трубопровода и назначения времени проведения ремонтно - профилактических работ требуется разработка методик прочностного и усталостного расчета подводных переходов в непроектном положении. Таким образом, представляется, что решение поставленной выше проблемы является актуальной отраслевой задачей, имеющей большое практическое значение.
Целью диссертационной работы является исследование напряженно - деформированного состояния подводного перехода в непроектном положении, усталостного разрушения материала трубы при стохастическом представлении гидродинамического воздействия и вычисление показателей надежности. При этом решаются следующие задачи:
1) вырь-в трубы из траншеи под действием статического напора водного потока;
2) превышение критических напряжений в металле трубы
вследствии продольно - поперечного изгиба.
-
усталостное разрушение из-за колебаний трубопровода в водном потоке.
-
выброс динамических напряжений за определенный уровень. Решение этих задач предусматривает разработку математической модели локального участка подводного трубопровода со свободным пролетом, описание взаимодействия трубопровода с грунтом, создание модели гидродинамического воздействия, а также анализ процесса накопления усталостных повреждений. Наиболее полно реальную природу нагруженности трубопровода в водном потоке описывает стохастическая модель гидродинамического воздействия, что приводит к необходимости решения задач статистической динамики и применения методов теории надежности механических систем.
Научная новизна работы заключается в постановке задач, разработке методик, алгоритмов и математического обеспечения прочностного расчета локального участка подводного перехода в непроектном положении, вычислении параметров надежности, оценке его долговечности. При этом
1) построена конечно - элементная модель заглубленного участка
газопровода, описывающая взаимодействия трубопровода с грунтом,
и учитывающая зависимость матриц жесткости и инерции от частоты
колебаний трубопровода;
2) разработана и численно реализована на IBM PC методика
динамического расчета открытого участка.подводного перехода.
ЗІ на основе выбранной стохастической модели гидродинамического воздействия и параметров сопротивления усталости дана оценка долговечности локального участка подводного перехода. 4) вычислены Параметры надежности по теории выбросов с применением методов теории надежности механических систем.
Достоверность полученных результатов определяется рамками используемых теорий и обеспечивается корректным применением
адекватного математического аппарата, теоретической оценкой погрешности исходных гипотез, сопоставлением результатов решений, основанных на использовании автором независмых подходов, а также сопоставлением с результатами расчета других авторов и экспериментальными данными.
Практическая ценность работы заключается в разработке методик расчета, позволяющих проводить анализ напряженно - деформированного состояния размытого участка подводного перехода и его долговечности. Созданные методики расчета позволяют научно - обоснованно планировать график ремонтно - профилактических работ подводного перехода. В работе проведен анализ методов инспекции состояния подводного трубопровода и инженерных решений по повышению надежности подводного перехода.
Реализация результатов осуществлялась в рамках производственных договоров лаборатории надежности газопроводных конструкций ВНИИГАЗ. Выпущены и утверждены в РАО "Газпром" "Рекомендации по оценке работоспособности подводных переходов газопроводов при наличии размывов дна".
Апробация работы и публикации Основные положения диссертации и полученные результаты докладывались и обсуждались на научном семинаре научно - технического центра "Ресурс газопроводов" ВНИИГАЗ. По материалам диссертации опубликованы 4 статьи и разработана утвежденная в РАО "Газпром" методика.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из пяти глав, заключения, списка литературы, включающего наименований. Работа содержит страниц, включая рисунков и таблиц.