авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Разработка методов оценки напряженно-деформированного состояния морских газопроводовс бетонным покрытием при укладке

-- [ Страница 2 ] --

Обобщённая расчётная схема укладки морского трубопровода стингерным методом приведена на рисунке 2. На трубопровод действуют: сила тяжести , сила Архимеда, сила натяжения трубопровода на трубоукладочном судне, распределенная по вертикали сила воздействия морского течения, контактные реакции от роликовых опор стингера и контактные реакции, возникающие при касании трубопроводом морского дна . Длина провисшей плети трубопровода от точки схода со стингера до точки касания дна неизвестна и определяется в ходе решения задачи. Типичное распределение изгибающего момента по длине трубопровода, укладываемого стингерным методом, показано на рисунке 3.

Для данного метода укладки характерны две области, в которых можно ожидать повышенных изгибных продольных деформаций: зона перегиба за концом стингера и зона провиса у морского дна. Напряжения и деформации в этих зонах очень чувствительны к позиционированию судна и величине натяжения трубопровода T0 на трубоукладочном судне. При больших глубинах укладки наиболее опасной зоной становится зона провиса у морского дна, контроль деформаций в которой осуществляется только с помощью натяжения трубопровода. Данная зона находится в условиях комбинированного нагружения локальным изгибом и наружным давлением, и, при неправильном выборе параметров укладки, в ней возможны значительные деформации вплоть до потери устойчивости формы сечения с разгерметизацией трубопровода в результате разрыва монтажного сварного шва.

Рисунок 2 – Обобщённая расчётная схема укладки морского трубопровода стингерным методом

Рисунок 3 – Распределение изгибающего момента по длине трубопровода, укладываемого стингерным методом

Для определения напряженно-деформированного состояния морского трубопровода с утяжеляющим бетонным покрытием при укладке стингерным методом был выбран метод конечных элементов, причем используемые типы конечных элементов варьировались в зависимости от этапа расчёта и типа решаемой задачи.

Для учета геометрической (большие перемещения и углы поворота осевой линии трубопровода при укладке) и физической (нелинейное поведение основного металла трубы и бетонного покрытия) нелинейностей задачи была применена инкрементальная теория деформируемого твердого тела в подходе Лагранжа. Решение строилось на основе принципа виртуальной работы в приращениях перемещений. Равновесное напряженное состояние определялось вектором перемещений, тензором деформаций Грина и тензором напряжений Кирхгофа. Применение данного подхода позволило получить разрешающие конечно-элементные уравнения в виде, позволяющем, в случае получения неприемлемого отклонения конструкции в ходе решения от положения равновесия, производить коррекцию решения итерационными методами.

Повышение вычислительной эффективности метода расчёта было достигнуто разбиением процесса расчёта на два этапа.

На первом этапе (уровень расчёта №1) формировалась стержневая конечно-элементная модель процесса укладки морского трубопровода стингерным методом (рисунок 4,а). При этом в конечно-элементной модели учитывались следующие особенности:

– нагружение весом трубопровода в воде, технологическим натяжением на ТУС, распределенными по глубине воды силами течения;

– переменная по длине жесткость трубопроводной нити;

– контактные реакции роликовых опор стингера;

– контактные реакции морского дна в зоне касания трубопроводом донной поверхности.

На втором этапе (уровень расчёта №2) формировалась объёмная конечно-элементная модель для уточненного расчёта НДС обетонированных труб при укладке (рисунок 4,в). Модель включает необетонированный сварной стык и по половине обетонированной трубы с каждой из его сторон. Для моделирования используются объёмные конечные элементы. При возможности используется условие симметрии задачи (изгиб трубопровода происходит в одной плоскости). В общем случае трехмерного деформирования используется полный вариант объемной модели. Тип объемного элемента зависит от типа решаемой задачи. Типы реализованных моделей приведены на рисунке 5.

По краям модели прикладываются перемещения и внутренние силовые факторы, полученные на уровне 1. Дополнительно к объемной модели прикладываются массовые силы от погонного веса трубы в воде и, при необходимости, распределенные силы от воздействия течения на данной глубине.

Результатом расчёта на уровне 2 являются поля напряжений и деформаций в основном металле трубы и бетонном покрытии (рисунок 4,г), причем эти результаты могут быть выведены для любого возможного пространственного положения необетонированного стыка в зависимости от его координаты s вдоль оси трубы.

Описанный выше алгоритм 2-х уровневого расчёта представлен на рисунках 6 и 7.

Разработанный метод расчёта НДС при укладке стингерным методом обладает следующими преимуществами:

  • учитывает в полном объеме геометрическую и физическую нелинейности задачи;
  • учитывает все необходимые массовые силы, действующие на трубопровод при укладке;
  • учитывает технологические особенности укладки морских трубопроводов с применением стингерных ТУС (особенности деформирования трубы при прохождении по роликовым опорам стингера);
  • учитывает особенности профиля морского дна, на который укладывается трубопровод при спуске с ТУС (реализован учет произвольной формы профиля, абсолютно жесткое или упругое основание);
  • учитывает трехмерность (неплоскость) деформирования оси трубопровода при укладке с учетом заданной формы коридора укладки и неплоского характера ряда действующих природных воздействий (течение, волнение и пр.);
а) Стержневая конечно-элементная модель для моделирования процесса уладки морского трубопровода стингерным методом (уровень 1) б) Внутренние силовые факторы в трубопроводе при укладке, полученные в результате расчёта по модели уровня 1
в) Объёмная конечно-элементная модель уровня 2 для уточненного расчёта НДС обетонированных труб при укладке стингерным методом г) Результаты расчёта НДС по конечно-элементной модели 2-го уровня

Рисунок 4 – Конечно-элементные модели уровней №1 и №2 для численного моделирования процесса укладки морского трубопровода стингерным методом и результаты расчёта по этим моделям

а) Укладка трубопровода стингерным методом б) Стержневая конечно-элементная модель трубы (тип №1) для расчёта укладки стингерным методом
в) Общий вид морской трубы с утяжеляющим бетонным покрытием г) Объёмная конечно-элементная модель (тип №2) для уточнения влияния бетонного утяжеляющего покрытия
д) Адгезионный слой морской обетонированной трубы е) Объёмная конечно-элементная модель (тип № 3) для учета влияния адгезии бетонного покрытия
ж) Трещины в бетонном утяжеляющем покрытии и) Объёмная конечно-элементная модель (тип №4) для учета влияния растрескивания бетонного покрытия

Рисунок 5 – Расчётные конечно-элементные модели трубы с бетонным
утяжеляющим покрытием

Рисунок 6 – Алгоритм расчёта уровня 1

Рисунок 7 – Алгоритм расчёта уровня 2

  • обладает высокой вычислительной эффективностью, позволяющей выполнять полномасштабное численное моделирование процесса укладки морских трубопроводов на рабочих станциях среднего уровня.

Также разработанный метод расчёта НДС позволяет учесть:

  • изменение изгибной жесткости трубопровода;
  • краевой эффект от надавливания краем бетонного покрытия на тело трубы;
  • отслоение и сдвиг бетонного покрытия при недостаточной величине адгезии между защитным противокоррозионным и бетонным покрытиями;
  • влияние растрескивания бетонного покрытия при укладке на НДС необетонированных участков труб.

В третьей главе представлены результаты исследования влияния характеристик бетонного утяжеляющего покрытия на напряженно-деформированное состояния трубопровода, укладываемого с применением стингерного трубоукладочного судна. Исследование выполнено на основе разработанного и рассмотренного во второй главе усовершенствованного метода расчёта напряжений и деформаций при укладке.

В главе представлены результаты параметрического анализа следующих эффектов:

– влияние технологического натяжения на ТУС на уровень продольных напряжений и деформаций в трубопроводе с бетонным утяжеляющим покрытием, укладываемом стингерным методом;

– влияние типоразмера трубы и базовых характеристик бетонного покрытия на изгибную жесткость системы «стальная труба – бетонное утяжеляющее покрытие»;

– влияние типоразмера трубы и базовых характеристик бетонного покрытия на величину краевого эффекта от надавливания краем бетонного покрытия на тело трубы при изгибе в процессе укладки;

– влияние отслоения и сдвига бетонного покрытия при недостатке величины адгезии между защитным противокоррозионным и бетонным покрытиями на НДС стальной трубы;

– влияние растрескивания бетонного покрытия при укладке на НДС необетонированных участков трубопровода при укладке.

На рисунке 8 показаны результаты расчёта напряженно-деформированного состояния трубопровода 1219х27 мм с утяжеляющим бетонным покрытием толщиной 85 мм для различных значений натяжения, полученные с использованием балочной конечно-элементной модели.

На рисунке 9 показаны результаты расчёта модельной задачи по определению длины краевого эффекта от надавливания краем бетонного покрытия на трубопровод и взаимодействие краевых эффектов на необетонированном участке и их влияние на стыковое сварное соединение в зависимости от типоразмера трубопровода.

На рисунке 10 показаны результаты исследования влияния характеристик стали и бетонного покрытия на НДС трубопровода.

Величина натяжения на ТУС, тонна Эпюра продольных деформаций на верхней образующей трубы
1 T = 200  2 T = 290 3 T = 375  Влияние технологического натяжения на ТУС на-25
2 T = 290  3 T = 375  Влияние технологического натяжения на ТУС на величину-26
3 T = 375   Влияние технологического натяжения на ТУС на величину продольных-27

Рисунок 8 – Влияние технологического натяжения на ТУС на величину продольных деформаций на нижней образующей (типоразмер трубы 1219х27/85 мм, глубина 75 м)

а) продольные деформации верхней образующей трубопровода для разных типоразмеров  б) Распределение продольных деформаций по верхней образующей трубопровода Рисунок-29 б) Распределение продольных деформаций по верхней образующей трубопровода

Рисунок 9 – Влияние типоразмера трубы и базовых характеристик бетонного покрытия на величину краевого эффекта от надавливания краем бетонного покрытия на тело трубы при изгибе

а) варьируется модуль упругости бетона б) варьируется класс прочности стали

Рисунок 10 – Продольная деформация верхней образующей трубопровода на стингере при различных характеристиках металла трубы

На рисунке 11 – напряженно-деформированное состояние трубопровода при недостаточной адгезии бетонного покрытия (наличии проскальзывания между трубой и бетонным покрытием).

Рисунок 11 – Поля распределения контактного давления (слева) и продольных деформаций в сжатой области трубопровода (справа)



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.