Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
2016. — 158 с.
Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация
нефтегазопроводов, баз и хранилищ
Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Бахтизин Р.Н.
Цель работы: раскрытие физической картины
деформаций и разработка рекомендаций по повышению прочности и
устойчивости участков трубопроводов, составленных из кривых вставок
и прямолинейных труб с учетом совместной деформации с грунтом и
воздействием эксплуатационных нагрузок, на основе разработанных
соискателем математических моделей напряженно-деформированного
состояния и устойчивости кривых вставок.
Научная новизна:
Получены решения неоднородных дифференциальных уравнений продольно-поперечного изгиба криволинейного полого стержня, моделирующего НДС кривых вставок надземного и подземного участков трубопровода.
Установлено, что кривая вставка, обращенная выпуклостью вниз (вогнутая вставка), концы которой защемлены грунтом, при определенных значениях параметров эксплуатации, например, при 0 p=7,4МПа и t=400С, под действием собственного веса и эквивалентного продольного усилия Sx, сжимается в продольном направлении и прогибается вниз, а кривая вставка, обращенная выпуклостью вверх (выпуклая вставка), может прогибаться вниз или приподниматься вверх в зависимости от соотношения между собственным весом и эквивалентным продольным усилием.
Получены аналитические зависимости для критических значений эквивалентного продольного усилия и выявлены возможные формы потери устойчивости для жестко защемленной и свободно опертой кривой вставки.
Установлено, что эффективная работа компенсатора на выходе трубы из-под земли зависит от формы и радиуса кривизны кривых вставок и может быть обеспечена регулированием параметров эксплуатации нефтепровода.
Практическая ценность результатов:
Учебно-методическое пособие «Расчет основных характеристик НДС и устойчивости трубопровода, составленного из прямых труб и кривых вставок с учетом воздействия эксплуатационных нагрузок» применяется в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Нефтегазовое дело», и при подготовке аспирантов по направлению «Информатика и вычислительная
техника» на кафедре «Математика» ФГБОУ ВПО УГНТУ. Содержание
Развитие методов решения задач напряженно-деформированного состояния подземного трубопровода
Анализ постановок задач о напряженно-деформированном состоянии трубопроводов, проложенных в сложных геологических условиях
Особенность геометрически нелинейной постановки задачи о напряженно-деформированном состоянии полого стержня, моделирующего трубопровод
Использование уравнений изгиба криволинейного стержня для исследования напряженно-деформированного состояния и устойчивости трубопровода с кривыми вставками
Исследование НДС надземного участка трубопровода с кривыми вставками
Решение дифференциального уравнения, описывающего изгиб криволинейного сжимаемого полого стержня, моделирующего кривую вставку трубопровода
Решение дифференциального уравнения, описывающего изгиб криволинейного растягиваемого полого стержня, моделирующего кривую вставку трубопровода
Исследование НДС и устойчивости трубопровода с кривыми вставками
Сравнение и анализ полученных результатов
Примеры расчета и анализ полученных результатов
Моделирование напряженно-деформированного состояния и исследование устойчивости трубопровода с кривыми вставками с помощью уравнения изгиба стержня на упругом основании при сжатии стержня
Моделирование подземного участка трубопровода с кривыми вставками
Решение однородного дифференциального уравнения, Описывающего изгиб сжимаемого криволинейного полого стержня на упругом основании, моделирующего кривую вставку
Решение однородных дифференциальных уравнений, описывающих сжатие стержня на упругом основании
Решение неоднородного уравнения, описывающего изгиб сжимаемого криволинейного полого стержня на упругом основании. Анализ полученных результатов
Обобщение полученных результатов для определения характеристик НДС и устойчивости подземного участка трубопровода, составленного из вогнутых и выпуклых труб
Обобщение полученных результатов для определения характеристик НДС кривых вставок в случае отсутствия их совместной деформации с грунтом
Обобщение полученных результатов для определения характеристик НДС трубопровода, составленного из прямолинейной трубы
Напряженно-деформированное состояние прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода, деформирующегося с грунтом
Анализ НДС прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода, находящегося в ослабленном грунте
Анализ НДС прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода, находящегося в грунте, который потерял несущую способность
Сравнение результатов расчета НДС по разработанной математической модели криволинейного участка газопровода с данными промышленного эксперимента
Численное моделирование напряженно-деформированного состояния и исследование устойчивости подземного участка трубопровода, составленного из кривых вставок, с компенсатором
Построение математической модели криволинейного участка трубопровода с компенсатором
Решение однородного дифференциального уравнения, описывающего изгиб растягиваемого криволинейного полого стержня на упругом основании, моделирующего кривую вставку
Исследование решений однородных дифференциальных уравнений, описывающих растяжение стержня на упругом основании
Решение неоднородного уравнения, описывающего изгиб растягиваемого стержня на упругом основании. Исследование полученных результатов
Обобщение полученных результатов для определения характеристик НДС и устойчивости подземного участка трубопровода, составленного из кривых вставок, с компенсатором
Напряженно-деформированное состояние прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода, деформирующегося с грунтом, с компенсатором
Анализ НДС прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода с использованием компенсирующих устройств в ослабленном грунте
Анализ НДС прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода с использованием компенсирующих устройств в грунте, который потерял несущую способность
Научная новизна:
Получены решения неоднородных дифференциальных уравнений продольно-поперечного изгиба криволинейного полого стержня, моделирующего НДС кривых вставок надземного и подземного участков трубопровода.
Установлено, что кривая вставка, обращенная выпуклостью вниз (вогнутая вставка), концы которой защемлены грунтом, при определенных значениях параметров эксплуатации, например, при 0 p=7,4МПа и t=400С, под действием собственного веса и эквивалентного продольного усилия Sx, сжимается в продольном направлении и прогибается вниз, а кривая вставка, обращенная выпуклостью вверх (выпуклая вставка), может прогибаться вниз или приподниматься вверх в зависимости от соотношения между собственным весом и эквивалентным продольным усилием.
Получены аналитические зависимости для критических значений эквивалентного продольного усилия и выявлены возможные формы потери устойчивости для жестко защемленной и свободно опертой кривой вставки.
Установлено, что эффективная работа компенсатора на выходе трубы из-под земли зависит от формы и радиуса кривизны кривых вставок и может быть обеспечена регулированием параметров эксплуатации нефтепровода.
Практическая ценность результатов:
Учебно-методическое пособие «Расчет основных характеристик НДС и устойчивости трубопровода, составленного из прямых труб и кривых вставок с учетом воздействия эксплуатационных нагрузок» применяется в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Нефтегазовое дело», и при подготовке аспирантов по направлению «Информатика и вычислительная
техника» на кафедре «Математика» ФГБОУ ВПО УГНТУ. Содержание
Развитие методов решения задач напряженно-деформированного состояния подземного трубопровода
Анализ постановок задач о напряженно-деформированном состоянии трубопроводов, проложенных в сложных геологических условиях
Особенность геометрически нелинейной постановки задачи о напряженно-деформированном состоянии полого стержня, моделирующего трубопровод
Использование уравнений изгиба криволинейного стержня для исследования напряженно-деформированного состояния и устойчивости трубопровода с кривыми вставками
Исследование НДС надземного участка трубопровода с кривыми вставками
Решение дифференциального уравнения, описывающего изгиб криволинейного сжимаемого полого стержня, моделирующего кривую вставку трубопровода
Решение дифференциального уравнения, описывающего изгиб криволинейного растягиваемого полого стержня, моделирующего кривую вставку трубопровода
Исследование НДС и устойчивости трубопровода с кривыми вставками
Сравнение и анализ полученных результатов
Примеры расчета и анализ полученных результатов
Моделирование напряженно-деформированного состояния и исследование устойчивости трубопровода с кривыми вставками с помощью уравнения изгиба стержня на упругом основании при сжатии стержня
Моделирование подземного участка трубопровода с кривыми вставками
Решение однородного дифференциального уравнения, Описывающего изгиб сжимаемого криволинейного полого стержня на упругом основании, моделирующего кривую вставку
Решение однородных дифференциальных уравнений, описывающих сжатие стержня на упругом основании
Решение неоднородного уравнения, описывающего изгиб сжимаемого криволинейного полого стержня на упругом основании. Анализ полученных результатов
Обобщение полученных результатов для определения характеристик НДС и устойчивости подземного участка трубопровода, составленного из вогнутых и выпуклых труб
Обобщение полученных результатов для определения характеристик НДС кривых вставок в случае отсутствия их совместной деформации с грунтом
Обобщение полученных результатов для определения характеристик НДС трубопровода, составленного из прямолинейной трубы
Напряженно-деформированное состояние прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода, деформирующегося с грунтом
Анализ НДС прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода, находящегося в ослабленном грунте
Анализ НДС прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода, находящегося в грунте, который потерял несущую способность
Сравнение результатов расчета НДС по разработанной математической модели криволинейного участка газопровода с данными промышленного эксперимента
Численное моделирование напряженно-деформированного состояния и исследование устойчивости подземного участка трубопровода, составленного из кривых вставок, с компенсатором
Построение математической модели криволинейного участка трубопровода с компенсатором
Решение однородного дифференциального уравнения, описывающего изгиб растягиваемого криволинейного полого стержня на упругом основании, моделирующего кривую вставку
Исследование решений однородных дифференциальных уравнений, описывающих растяжение стержня на упругом основании
Решение неоднородного уравнения, описывающего изгиб растягиваемого стержня на упругом основании. Исследование полученных результатов
Обобщение полученных результатов для определения характеристик НДС и устойчивости подземного участка трубопровода, составленного из кривых вставок, с компенсатором
Напряженно-деформированное состояние прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода, деформирующегося с грунтом, с компенсатором
Анализ НДС прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода с использованием компенсирующих устройств в ослабленном грунте
Анализ НДС прямолинейных и криволинейных участков нефтепровода с использованием компенсирующих устройств в грунте, который потерял несущую способность