НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o137.pdf (1536.20Кб)

УДК 539.37

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

В настоящей работе создана математическая модель, способная описать напряженно-деформированное состояние в магистральном нефтепроводе в зоне стыкового сварного соединения при эксплуатации. Проанализированы имеющиеся публикации по рассматриваемой тематике. Для вычисления остаточных сварочных напряжений использован авторский конечно-элементный программный комплекс, разработанный в среде Fortran Visual. В основу расчета сварочных напряжений положены задачи: нелинейной нестационарной теплопроводности, моделирования структурообразования и термоупругопластичности. Для описания теплообмена использованы граничные условия третьего рода. Прогнозирование кинетики структурных превращений осуществлено согласно теории изокинетических реакций. Моделирование формирования остаточных напряжений проведено посредством решения задачи термоупругопластичности для материала с нестационарной структурой. Для определения НДС в нефтепроводе при эксплуатации использован конечно-элементный комплекс ANSYS. Посредством численного анализа показано, что остаточные сварочные напряжения более, чем в полтора раза превышают напряжения от внутреннего давления в трубе. Разработанные программные средства, позволяющие определять суммарные напряжения от сварки и рабочего давления в трубопроводе, могут служить основой оценки живучести нефтепровода.

1. Малеткина Т.Ю., Евтюшкин В.Ю., Малеткин А.О. Определение величины сварочных напряжений и деформаций в строительных конструкциях // Сборник научных трудов ЛТИ. 2009. № 4. С. 85–93.
2. Мощенко М.Г., Рубцов В.С., Кораблева С.А. Термомеханический анализ процесса многопроходной сварки соединения ДУ300 ректора РБМК методом конечных элементов // Вопросы материаловедения. 2011. № 4(68). С. 105–115.
3. Минкевич В.А., Файрушин А.М., Чернятьева Р.Р., Каретников Д.В. Исследование напряженно-деформированного состояния трубного узла мартенситной стали 15Х5М в процессе диффузионной сварки // Нефтегазовое дело. Электрон. научн. журн. 2013. № 6. С. 356–367. DOI: 10.17122/ogbus-2013-6-356-367
4. Куркин А.С., Макаров Э.Л. Программный комплекс «Сварка» – инструмент для решения практических задач сварочного производства // Сварка и диагностика. 2010. № 1. С. 16–24.
5. Кректулева Р.А., Черепанов О.И., Черепанов Р.О. Численное решение двумерной квазистатической задачи термопластичности: расчет остаточных термических напряжений при многопроходной сварке разнородных сталей // Компьютерное исследование и моделирование. 2012. Т. 4, №2. С. 345–356.
6. Christian J.W. The Theory of Transformations in Metals and Alloys. P. I, II: 3-rd ed. Pergamon, 2002. 1200 p.
7. Покровский А.М., Рыжиков А.В. Суренский Е.А. Численное определение остаточных напряжений в биметаллическом прокатном валке после наплавки // Машиностроение и инженерное образование. 2016. № 2. С. 24–34.
8. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассобмен: учеб. пособие для вузов. М.: Издат. дом МЭИ, 2006. 550 с.
9. Самарский А.А. Введение в численные методы. М.: Наука, 1982. 272 с.
10. Термопрочность деталей машин / Под ред. Биргера И.А., Шорра Б.Ф. М.: Машиностроение, 1975. 456 с.
11. Вафин Р.К., Покровский А.М., Лешковцев В.Г. Прочность термообрабатываемых прокатных валков. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. 264 с.
12. Пановко Г.Я., Нарайкин О.С., Покровский А.М., Волоховская О.А. Расчет сварочных остаточных напряжений при электродуговой сварке труб // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2005. № 3. С. 39–45.
13. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. 2-е изд., перераб. и доп. М .: Машиностроение , 1975. 400 с .
14. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Fox D.D. The finite element method for solid and structural mechanics. 7- th Edition . N . Y .: Elsevier , 2014. 657 p.
15. Покровский А.М., Волоховская О.А., Лешковцев В.Г., Пановко Г.Я. Оценка живучести магистральных трубопроводов с учетом остаточных сварочных напряжений // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. № 3. С. 110–117.