CC BY
25TECHNICAL SCIENCES
УДК 539.421
USING ABAQUS PRODUCT FOR MODELING OF CRACK FILLING BY COMPOSITE MATERIAL
Babin A.
Undergraduate student of the Department "Technological machines and equipment",
USPTU, Ufa, the Russian Federation Abdrakhmanova K.
Undergraduate student of the Department "Industrial safety and labor protection ",
USPTU, Ufa, the Russian Federation Gafarova V.
Post graduate student of the Department "Technological machines and equipment",
USPTU, Ufa, the Russian Federation
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ABAQUS ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАДЕЛКИ ТРЕЩИНЫ В МЕТАЛЛЕ КОМПОЗИТНЫМ МАТЕРИАЛОМ
Бабин А.Ю.
магистрант кафедры «Технологические машины и оборудование», УГНТУг.Уфа,
Российская Федерация Абдрахманова К.Н.
магистрант кафедры «Промышленная безопасность и охрана труда», УГНТУ г.Уфа,
Российская Федерация Гафарова В.А.
аспирант кафедры «Технологические машины и оборудование», УГНТУ г.Уфа,
Российская Федерация
Abstract
During technical examination of pipelines or technological equipment, metal crack is quite often detected. It is one of the most dangerous defect, because it may lead to leaks and spills of flammable, explosive substances that are present in oil and gas facilities in large quantities. Such leaks lead to major accidents, in connection with this, the issue of eliminating such problems is important for industrial safety.
The main methods of defects repairing, is cutting of the faulty section or welding of sleeve, but these methods are metal-consuming and also require shut down of technological process. Such aspects contribute to an active study of composite material application for crack filling to extend the between overhaul period, in an economic way.
Computer simulation is widely used in many industries, as it allows for calculations and make experiments without harm to people. All calculations for modeling of composite material crack filling and determining the effectiveness of this technology were carried out in Abaqus program. Stretching experiments of samples with crack imitation, with different properties of the material, allows determining the effective parameters of composite, and demonstrates the behavior of the material under different conditions.
Аннотация
При проведении плановой диагностики трубопроводов или технологического оборудования такой дефект, как трещина обнаруживаются довольно часто. Он является одним из наиболее опасных, так как становится причиной утечек и разливов легковоспламеняющихся, взрывоопасных веществ, которые на объектах присутствуют в больших объемах. Подобные утечки приводят к крупным авариям, в связи с этим для промышленной безопасности остро стоит вопрос устранения подобных неисправностей.
В качестве основных методов ремонта обнаруженных дефектов применяется вырезка неисправного участка или приварка муфты, но эти метода металлоемки и кроме того требуется остановке технологического процесса. Подобные аспекты способствует активному исследованию применения композитного материала для заделки трещины в целях продления межремонтного периода, экономически выгодным путем.
Компьютерное моделирование широко применяется во многих отраслях промышленности, так как позволяет проводить расчеты и эксперименты без вреда для окружающих. При моделировании заделки трещины композитным материалом и определению эффективности применения этой технологии все расчеты проводились в программном комплексе Abaqus. Ряд экспериментов направленных на растяжение образцов с имитацией трещины, при различных свойствах материала, позволяет определить эффективные параметры состава, а также демонстрирует поведение материла при различных условиях.
Keywords: composite material, metal crack, pipeline, computer modelling, Abaqus, industrial safety
Ключевые слова: композитный материал, трещина, трубопровод, компьютерное моделирование, Abaqus, безопасность производства
Одной из наиболее важный сфер деятельности человека для экономики страны является нефтегазовая индустрия, но в то же время она же считается одной из наиболее опасных. На объектах нефтегазовой области присутствуют, транспортируются, перерабатываются в большом количестве легковоспламеняющиеся, взрывоопасные вещества, утечки и разливы которых приводят к крупным авариям [1.2].
В процессе плановой диагностики трубопровода трещины обнаруживаются довольно часто. Именно этот дефект зачастую становится причиной утечек, в связи с этим для промышленной безопасности остро стоит вопрос экономически выгодного и качественного устранения дефекта[3-5]. Фотография трещины в основном металле трубопровода представлена на рисунке 1.
Рисунок 1- Трещина в основном металле трубопровода
В качестве основных методов ремонта обнаруженных трещин применяется вырезка неисправного участка или приварка муфты, но это приводит к большому расходу металла и остановке технологического процесса. В связи с этим активно исследуется применение композитного материала для заделки трещины в целях продления безопасного межремонтного периода [6-8]. На сегодняшний день компьютерное моделирование широко применяется во всех отраслях нефтегазовой промышленности, так как позволяет проводить необходимые эксперименты без вреда для окружающих, оборудования и природы. При решении задачи по моделированию заделки трещины композитом и определению эффективности применения этого метода
расчеты проводились в программном комплексе Abaqus [9-12].
Первым шагом при моделировании заделки трещины необходимо определить поведение материалов, что составит важную теоретическую основу для дальнейших исследований. В качестве основного образца для испытаний принималась плоская пластина без прослойки и пластина с прослойкой из другого материала, параметры которых представлены на рисунке 2, выполненные из стали 09Г2С (плотность р = 7850 кг/м3, модуль Юнга Е = 2 105 МПа, коэффициент Пуассона д = 0,3).
о
о--
40
а) б)
а - эскиз образца, б - эскиз образца с прослойкой из другого материала Рисунок 2- Эскизы образцов нагружения
Для подтверждения возможности и адекватности компьютерного моделировании при решении подобного вопроса, было проведено сравнение истинной диаграммы растяжения плоской пластины
полученной в процессе физического и имитационного растяжения образца. Диаграмма представлена на рисунке 3.
■Вводимая модель материала •Напряжения конечного элемента ■Напряжения полученные с помощью пилотного узла
Рисунок 3 - Диаграмма растяжения модели плоской пластины
Построенные кривые полностью совпадают, это свидетельсвует о корректности выполненных расчетов, то есть это подтверждает возможность решения подобных задач в программном комплексе А1^и5. Напряжения возникающие в образце
можно увидеть на эпюре эквивалентных напряжений, и эпюре эквивалентных пластических деформций (рисунок 4).
Рисунок 4
б
а - эпюра эквивалентных напряжений; б - эпюра эквивалентных пластических деформаций - Результаты моделирования одноосного растяжения плоской пластины
а
Так как в процессе выполнения исследования конечные свойства композитного материала были не известны, то в качестве эксперимента, была составлена база данных материалов, путем последовательного уменьшения прочности основного мате-
риала (М1) с шагом в 10%. По полученной диаграмме растяжения для дальнейшего исследования был выбран материал М2=0,6М1, продемонстиро-вавший наиболее оптимальные показатели (рисунок 5).
eplti; мм
Рисунок 4
Для имитации раскрытия трещины и определения, при каких максимальных параметрах не будет происходить влияние на деформацию самой пластины, образец нагружения был представлен с прослойкой из другого материала. Высота прослойки
принималась равной 30 мм и 1мм. Диаграмма растяжения плоской пластины представлена на рисунке 6.
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 8рЬ ММ
Рисунок 6 - Диаграммы растяжения пластины с прослойкой
По полученной диаграмме можно сделать вывод, что с уменьшением высоты прослойки, диа-
грамма приближается к вводимой модели основного материала и соответственно, наоборот при увеличении. При высоте равной 1 мм, диаграмма
растяжения совпадает со свойствами стали 09Г2С. Заделка дефекта при небольшом раскрытии не будет способствовать возникновению дополнительной деформации объекта ремонта, соответственно не несет негативное воздействие на конструкцию.
Также важным этапом при проведении компьютерного моделирования является построение сетки конечных элементов, так как от этого напрямую зависит точность результатов. Мелкая сетка
целесообразна к применению при решении задач с ожидаемым большим градиентом деформации или перемещения. Крупная сетка, в свою очередь, может применяться в зонах с малоизменяющимися относительными деформациями или напряжениями, а также в областях, не представляющих особого интереса при расчете. Зависимость максимально возможного решения от размера конечного элемента представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 - Зависимость максимально возможного решения от размера конечных элементов
Уменьшение прочности материала даже на 10% от базовой, приводит к резкому уменьшению предела прочности образца. Создание композитного материала близкого по прочности к металлу крайне сложно, поэтому важно определить при каких условиях созданный состав будет иметь большую эффективность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Анализ отечественного и зарубежного опыта исследований в области безопасного проектирования и эксплуатации технологических объектов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств I Н. Х. Абдрахманов, В. П. Матвеев, А. С. Нищета, В. В. Савицкий, О. А. Доржиева, Т. А. Хакимов II Сборник «Экспертиза промышленной безопасности и диагностика опасных производственных объектов». 2015. С.162-164.
2. Abdrakhmanov N., Abdrakhmanova K., Vorohobko V. , Abdrakhmanova L., Basyirova A. Development of Implementation Chart for Non-Stationary Risks Minimization Management Technology based on Information-Management Safety System/ Journal of Engineering and Applied Sciences, 2017, № 12: pp.7880-7888. http://medwellj ournals.com/ab stract/?doi=j easci.2017. 7880.7888
3. Кускильдин Р.А. Современные технологии для проведения производственного контроля, повышающие уровень промышленной безопасности на объектах нефтегазовой отрасли! Р.А. Кускиль-
дин, Н.Х. Абдрахманов, З.А. Закирова, Э.Ф. Яла-лова, К.Н. Абдрахманова, В.В. Ворохобко// Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2017. №2(108).СШ-Ш.
4. Абдрахманов Н.Х. Концепция системы мониторинга и управления рисками на резервуарных парках/ Сборник «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах. Технический надзор, диагностика и экспертиза»: Материалы научно-практической конференции /Ответственный редактор А.М. Шаммазов. Уфа: изд-во УГНТУ, 2007. С.41-43.
5. Fedosov F.V., Abdrakhmanov N.Kh., Khamitova A.N., Abdrakhmanova K.N Assessment of the human factor influence on the accident initiation in the oil and gas industry/ Территория нефтегаз. 2018. № 1-2. С.62-70.(публик. на англ.).
6. Абдрахманова К.Н. Анализ современных методов ремонта трещин в технологическом оборудовании и трубопроводе с целью увеличения эксплуатационной безопасности./ Абдрахманова К.Н., Гареева Э.Р., Кузеев И.Р. // Вестник молодого ученого УГНТУ. 2016. №4. С. 122-126.
7. Абдрахманова К.Н., Ворохобко В.В., Гиля-зов Э.М. Техническое диагностирование нефтегазового оборудования с трещиноподобными дефектами, как мера повышения безопасности производства/ НТЖ «Экспертиза промышленной безопасности и диагностика опасных производственных объектов», 2017, №1. С. 95-101.
8. Шайбаков Р.А. Расследование аварийных ситуаций: новые методы и подходы/ Р.А. Шайбаков, Н.Х. Абдрахманов, И.Р. Кузеев, А.С. Симар-чук, Ф.Р. Рахимов// Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. Научно-технический журнал. - 2008г. №3. С. 110-121.
9. Абдрахманов Н.Х. Требования к программному обеспечению построения информационно-управляющей системы безопасности при эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли/ Н.Х. Абдрахманов, К.Н. Аб-драхманова, В.В. Ворохобко, Р.Н. Абдрахманов // Экспертиза промышленной безопасности и диагностика опасных производственных объек-тов.Научно-технический журнал.2016.№2(8).С.43-45.
10. Kunelbayev M.M Heat absorption by heat-transfer agent in a flat plate solar collector /M.M. Kunelbayev, E.Sh. Gaysin, V.V. Repin, M.M. Gali-ullin, K.N. Abdrakhmanova // International Journal of Pure and Applied Mathematics, Volume 115, No. 455
(2017), pp. 305-319, doi:
10.12732/ijpam.v115i455.10, Available
http ://www. ijpam. eu/contents/2017-115 -3/index. html (Scopus, Кувейт).
11. A.V. Fedosov, N. Kh. Abdrakhmanov, E. Sh. Gaysin, G. M. Sharafutdinova, K. N. Abdrakhmanova, A. A. Shammatova The use of mathematical models in the assessment of the measurements' uncertainty for the purpose of the industrial safety condition analysis of the dangerous production objects / International Journal of Pure and Applied Mathematics Volume 119 No. 10 2108, pp. 433-437.
12. Gaisina L.M. Principios y métodos de model-ización sinérgica del sistema de gestión en las empresas del sector de petróleo y gas /L.M. Gaisina, M.L. Be-lonozhko, N.A. Tkacheva, N.Kh. Abdrakhmanov, N.V. Grogulenko // Revista ESPACIOS.Vol. 38 (N° 33) Año 2017, http://www.revis-taespacios.com/a17v38n33/17383305.html (ISSN0798 1015 -Venezuela-Scopus).
MODERNIZED DEVICE FOR APPLICATION OF PENOISOl
Gilmiyarova E.
2nd year student of the Energy department Bashkir SAU, Ufa, 50-letiya Oktyabrya St., 34
Shayhutdinov I.
4th year student of the Energy department Bashkir SA U, Ufa, 50-letiya Oktyabrya St., 34 МОДЕРНИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПЕНОИЗОЛА
Гильмиярова Э.Б.
студент 2 курса Энергетического факультета ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34
Шайхутдинов И.Н. тудент 4 курса Энергетического факультета ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34
Abstract
The article deals with the physical and technical characteristics of the thermal insulation material - penoizol. The work of the improved device for thermal insulation application is described. The results of insulation works with the use of the device, identified shortcomings of the object, proposed solutions to the problem.
Аннотация
В статье рассматриваются физико-технические характеристики теплоизоляционного материала - пе-ноизол. Описана работа усовершенствованного устройства для нанесения утеплителя. Приведены результаты работы по утеплению с использованием устройства, выявлены недостатки эксплуатации установки, предложены пути решения проблем.
Keywords: thermal insulation, insulation parameters, thermal conductivity, thickness of insulation, thermal resistance, foaming, agriculture.
Ключевые слова: теплоизоляция, изоляционные параметры, теплопроводность, толщина изоляции, термическое сопротивление, пенообразование, сельское хозяйство.
В настоящее время при строительстве используется широкий спектр строительных материалов, особую роль в котором занимают теплоизоляционные материалы [1, с.19]. Их влияние очень трудно переоценить, поскольку от качества используемых утеплителей зависят практически все области строительства. Заметна тонкая грань между качеством теплоизоляционного материала и последующими условиями нахождения в помещении и себестоимостью его эксплуатации. Теплоизоляция определяет
во многом уровень качества получаемых помещений, на его конечную стоимость а так же на те расходы, которые будут затрачиваться на эксплуатацию здания в течении всего срока его службы. Не исключение и сельское хозяйство.
В течении последнего ряда лет потребность в эффективных утеплителях растет. Следовательно растет и предложение - каждый год на рынке изоляции появляется 5-6 новых наименований тепло-
