CC BY
25
References
1. Bogoyavlensky V. Prospects and problems of the arctic shield oil and gas fields development. [электронный ресурс]// Oil and Gas Research Institute of the Russian Academy of Sciences,2012. URL: http://bumeft.ru/archive/issues/2012-11/1 , (дата обращения:
19.02.2014).
2. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Yu. Timofeev, A.A. Ashcheulova, O.V. Klyus Stress and strain state analysis of pipeline under permafrost conditions. Vest. KuzSTU, 6 (2013) 77-79.
3. P.V. Burkov, D.Y. Chernyavsky, S.P. Burkova, A. Konan Simulation of pipeline in the area of the underwater crossing , IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 1-5.
4. P.V. Burkov, K. G. Kalmykova, S. P. Burkova, T. T. Do, Research of stress-deformed state of main gas-pipeline section in loose soil settlement. IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 5-7.
5. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Analysis of stress concentrators arising during MKY.2SH-26/53 support unit testing. Appl.ied Mech.anics and Materials: 682 (2014) 216-223.
6. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Justifying a method of balancing crank-and-rod mechanism of mining roadheader. Applied Mechanics and Materials: 682 (2014) 270-25.
Бурков П.В.1, Буркова С.П.2
'Доктор технических наук, ^Кандидат технических наук, Национальный исследовательский Томский политехнический
университет
ТРЕХМЕРНОЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ТРУБЫ С РУЧЕЙКОВЫМ ИЗНОСОМ
ПРИ СЛОЖНОМ НАГРУЖЕНИИ
Аннотация
Обоснована актуальность исследований, направленных на решение проблемы определения отдельных напряженнодеформированных состояний. Обозначены пути создания решений это проблемы.
Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, напряжения, метод конечных элементов, концентраторы напряжений.
Burkov P.V.1, Burkova S.P.2
'Doctor of Technical Sciences, 2Candidate of Technical Sciences,
National Research Tomsk Polytechnic University
THREE-DIMENSIONAL STRESS-STRAIN STATE WITH PIPE-BELT WEAR UNDER COMPLEX LOADING
Abstract
The urgency of research aimed at solving the problem of determining the individual stress-strain states. The ways of creating solutions this problem.
Keywords: stress and strain state, stress, finite element method, stress concentrators.
Для предотвращения аварий трубопроводов, необходимо установить влияние изменения условий и параметров эксплуатации на прочность и устойчивость трубопровода, а также найти потенциально опасные участки. Нахождение этих участков, наряду с техническими средствами, такими как внутритрубная диагностика, замеры напряжений в стенке трубы, определение положения трубопровода, осуществляется расчетным путем из решения задачи прочности и устойчивости. Анализ постановок этих задач, содержащихся в исследованиях последних лет, показывает, что тема актуальна и открыта для исследований. Проблема исследования пространственных напряженно-деформированного состояния трубы в связи с его коррозией с учетом различных видов нагружения не было сказано до сих пор. В сущности, проблемы определения отдельных напряженно-деформированных состояний под действием внутреннего давления находятся в стадии рассмотрения^-6]. Кроме того, проблемы определения состояния напряжение-деформация, как правило, решается в моделях оболочки трубы. Следует отметить, что большинство трубопроводов, подверженных интенсивному внутреннему износу, эксплуатируются без наружной изоляции. Частые порывы трубопроводов, вызванные «канавочным» износом, требуют поиска новых технических решений, направленных на обеспечение их безопасной эксплуатации, повышение долговечности и стабильности функционирования. Опыт эксплуатации трубопроводов сбора нефти показывает, что «канавочное» (ручейковое) коррозионно-механическое разрушение и коррозионная усталость являются наиболее опасными видами разрушения. Ручейковая коррозия - коррозия канавочного типа, образуется вдоль продольных и кольцевых швов, а также в местах расхождения стыков изоляционного покрытия труб. Защита нефтепромысловых трубопроводов от «канавочной» (ручейковой) коррозии, вызванной взаимодействием металла трубы и перекачиваемой коррозионно-активной среды, является актуальной в настоящее время во многих регионах России, особенно на месторождениях Западной Сибири. Поэтому заявление и решения задачи определения трехмерного напряженно-деформированного состояния моделей труб с коррозионным дефектом под действием внутреннего давления, трения, вызванные потоком нефтепродукта и температуры, обсуждаемой в данной статье, важно для трубопроводных систем.
Целью данной работы является оценка данных полученных внутритрубным инспекционным прибором, определение типов дефектов преобладающих на данном участке, получению достоверной информации о техническом состоянии коллектора, постройка 3D модели коллектора с дефектами при помощи компьютерного моделирования в среде Autodesk Inventor, а также расчет нагрузок и напряжений.
За основу для расчетов возьмем реальные данные по глубине и ширине коррозионного повреждения (ручейковой коррозии) из заключений по результатам технического диагностирования трубопровода. Исходные данные для построения и расчета модели трубы с коррозией:
- рабочее давление - 2,5 МПа;
- диаметр трубы - 168 мм;
- толщина стенки трубы - 11 мм;
- марка стали трубы - сталь 20;
- максимальная глубина ручейковой коррозии - 5,8 мм;
- максимальная ширина коррозионного повреждения трубы - 21 мм.
Так как процесс ручейковой коррозии в трубе это сложный физико-химический процесс и при наличии его в трубе возникает канавка сложной формы (рис. 1).
46
Рис. 1 - Разновидности ручейковой коррозии
Предугадать какой именно формы будет профиль коррозионного участка в трубе очень сложно, т.к. коррозионное воздействие среды на стенки трубы зависит от многих факторов, изменяющихся со временем. Чтобы упростить задачу, при построении модели трубы с повреждением будем использовать упрощенную схему с размерами коррозионного повреждения приближенным к реальным. Идеализированная схема сечения трубы с повреждением типа ручейковой коррозии приведена на рисунке 2.
Рис. 2 - Упрощенная схема трубы с ручейковой коррозией:
D - внутренний диаметр трубы, s - толщина трубы, b - ширина коррозионного повреждения (ширина ручейковой коррозии), h - глубина коррозионного повреждения (глубина ручейковой коррозии)
Так как задача симметрична относительно одной (в нашем случае вертикальной) оси, то при построении модели трубы с дефектом будем использовать только половину сечения трубы (Рис. 3, 4, 5). Для нефтесборного коллектора с параметрами коррозионного повреждения являются - максимальная глубина 5,8 мм, максимальная ширина 21 мм.
47
Рис. 3 - Модель половины трубы
Рис. 4 - Эпюра эквивалентных напряжений, возникающих в нефтесборном коллекторе при коррозионном повреждении
Рис. 5 - Деформации, возникающие в нефтесборном коллекторе при коррозионном повреждении
Из расчетов видно, что максимальная величина возникших напряжений в трубе с коррозией приходится на нижнюю часть прокорродированной канавки (рис. 6 и рис. 7).
5 10 15 20 25
Поперечное сечение, мм
Рис. 6 - График распределения напряжений по Мизесу
48
Рис. 7 - График распределения перемещений
Выводы
В комплексной программе Autodesk Inventor получили наглядные картины возникших распределений напряжения по Мизесу и картину распределений перемещения в образце при воздействии на нее давления. С увеличением срока эксплуатации месторождений возрастает объем добываемой минерализованной воды, закачанной в пласт для поддержания пластового давления. При этом возрастает опасность внутренней коррозии трубопровода.
Разрушение ряда трубопроводных систем происходит в срок менее одного года после ввода трубопровода в эксплуатацию. Этой проблеме посвящены многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых, однако, в настоящее время она полностью еще нерешена и многие вопросы остаются открытыми.
Максимальное значение напряжения по Мизесу для нефтесборного коллектора с выбранными параметрами коррозионного повреждения составляет 1,5 МПа.
Литература
1 Мустафин Ф.М. Технология сооружения газонефтепроводов. - М.: «Издательство Недра», 2007. - 632 с..
2 Бурков П.В., Буркова С.П., Тимофеев В.Ю., Ащеулова А.А. и Клюс О.В. Анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода в условиях вечной мерзлоты Вестник Кузбасского государственного технического университета., 2013. — №. 6., - С. 77-79.
3 P.V. Burkov, D.Y. Chemyavsky, S.P. Burkova, A. Konan Simulation of pipeline in the area of the underwater crossing , IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 1-5.
4 P.V. Burkov, K. G. Kalmykova, S. P. Burkova, T. T. Do, Research of stress-deformed state of main gas-pipeline section in loose soil settlement. IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 5-7.
5 P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Analysis of stress concentrators arising during MKY.2SH-26/53 support unit testing. Appl.ied Mech.anics and Mat.erials: 682 (2014) 216-223.
6 P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Justifying a method of balancing crank-and-rod mechanism of mining roadheader. Applied Mechanics and Materials: 682 (2014) 270-25.
References
1. F.M. Mustafin Gas oil pipe technology. Nedra, Мoscow, 2007.
2. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Yu. Timofeev, A.A. Ashcheulova, O.V. Klyus Stress and strain state analysis of pipeline under permafrost conditions. Vest. KuzSTU, 6 (2013) 77-79.
3. P.V. Burkov, D.Y. Chemyavsky, S.P. Burkova, A. Konan Simulation of pipeline in the area of the underwater crossing , IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 1-5.
4. P.V. Burkov, K. G. Kalmykova, S. P. Burkova, T. T. Do, Research of stress-deformed state of main gas-pipeline section in loose soil settlement. IOP Conference Series: E. and Env. Sc. 21 (2014) 5-7.
5. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Analysis of stress concentrators arising during MKY.2SH-26/53 support unit testing. Appl.ied Mech.anics and Mat.erials: 682 (2014) 216-223.
6. P.V. Burkov, S.P. Burkova, V.Y. Timofeev, Justifying a method of balancing crank-and-rod mechanism of mining roadheader. Applied Mechanics and Materials: 682 (2014) 270-25.
Васильева Т.Н1, Мамонова Т.Е.1
1Кандидат технических наук,
Национальный исследовательский Томский политехнический университет МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
Аннотация
В статье рассмотрены наиболее популярные методы искусственного интеллекта, проведен краткий анализ систем и сделан вывод о возможных развитиях в ближайшем будущем.
Ключевые слова: экспертная система, нечеткие системы, нейронная сеть.
Vasilyeva T.N.1, Mamonova T.E.1
'Candidate of Technical Sciences National Research Tomsk Polytechnic University ARTIFICIAL INTELLIGENCE METHODS
Abstract
The most popular methods of artificial intelligence were explored, the short analysis of system was carried out and the conclusion about a possible development in the nearest future was drown in the article.
Keywords: expert system, fuzzy systems, neural network.
Введение
Интеллектуальной называется система (рис. 1), способная целеустремленно, в зависимости от состояния информационных входов, изменять не только параметры функционирования, но и сам способ своего поведения, причем способ поведения зависит не только от текущего состояния информационных входов, но также и oт предыдущих состояний системы.
49
