Введение к работе
Актуальность темы.
Трубопровод с протекающей под давлением жидкостью является элементом конструкций многих систем. Их используют в объектах атомной энергетики, в авиастроении, нефтегазовой промышленности, в объектах химического производства, в системах водоснабжения жилых зданий и в огромном ряде других объектов окружающих человека.
При проектировании несущих и защитных конструкций различного назначения, центральная роль отводится обеспечению прочности объектов в аварийных ситуациях.
В случае разрушения трубопровода высокого давления, разгерметизации соединения или разрыва трубы в местах крепления, последствия таких аварий могут привести к существенным материальным потерям, а также к человеческим жертвам и экологическим катастрофам. В виду тяжелых экономических и экологических последствий от возможных аварий, к прочности разрабатываемых конструкций и к входящим в их состав системам трубопроводов предъявляются повышенные требования. В этих условиях, математическое моделирование динамики трубопроводных систем с жидкостью становится особенно актуальным.
Сложность математического моделирования динамического поведения трубопроводов в аварийных ситуациях обусловлена следующими факторами:
взаимным влиянием параметров деформирования трубопровода и протекающей по нему жидкости;
нестационарными, нелинейными волновыми процессами в жидкости;
большими перемещениями осевой линии и необратимыми деформациями трубы.
Из сделанного в работе анализа, современного состояния проблемы нелинейного динамического деформирования криволинейных трубопроводов с жидкостью, можно сделать следующие выводы:
-
Недостаточно изученными являются нелинейные задачи динамики гидроупругосвязанных криволинейных трубопроводов с жидкостью, в особенности с одновременным учетом различных нелинейных эффектов геометрического и физического характера.
-
Проблема является актуальной в связи с требованиями обеспечения безопасности, действующих и разрабатываемых трубопро-
водов высокого давления в атомной энергетике, нефтегазовой промышленности и других отраслях.
На основе сделанных выводов устанавливаются следующие цели диссертационной работы:
разработка математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения для исследования динамического деформирования трубопроводов с учетом упругопластических деформаций, больших перемещений, предварительного напряженно - деформированного состояния, нелинейных волновых процессов в жидкости, взаимного влияния деформационных и гидродинамических процессов;
численное исследование эффектов гидроупругого взаимодействия и нелинейных факторов на ряде модельных и прикладных задач.
Научная новизна.
В диссертации получили развитие математические и численные модели, разработана методика и программное обеспечение для расчета динамического деформирования криволинейных трубопроводов с жидкостью с учетом больших перемещений и необратимых деформаций трубопровода, нелинейных волновых процессов в жидкости, эффектов взаимного влияния деформационных и гидродинамических процессов. Проведено численное исследование влияния предварительного напряженно-деформированного состояния и других факторов на динамику трубопроводов.
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается их сопоставлением с имеющимися теоретическими и экспериментальными данными других авторов.
Практическая ценность.
Разработана методика и программы численного исследования динамического деформирования трубопроводов с жидкостью, с учетом нелинейных эффектов геометрического и физического характера, которые могут быть использованы при проектировании и экспериментальной отработке конструкций трубопроводов различного назначения. Применение предлагаемой методики позволит повысить уровень обоснованности конструкторских решений и тем самым безопасность разрабатываемых систем.
Работа проводилась согласно тематического плана госбюджетных и хоздоговорных НИР НИИ механики, в том числе в соответствии с программой поддержки ведущих научных школ России (фант РФФИ 96-15-98156), фантом РФФИ № 99-01-00132, фантами Минобразования РФ по разделам "Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды и экологии человека" и "Фундаментальные исследования в области энергетики и электротехники".
На защиту выносятся.
-
Математические модели, методики численного решения и пакеты программ для двумерных и трехмерных задач нелинейной динамики криволинейных гидроупругосвязанных трубопроводов.
-
Результаты исследований влияния гидроупругих эффектов и статического НДС на нестационарное поведение трубопроводов с жидкостью.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались на: Научно-технической конференции, посвященной 10-летию Нф ИМАШ РАН "Проблемы машиноведения" Нижний Новгород, 1997;
III Международном симпозиуме "Динамические и технологические
проблемы механики конструкций и сплошных сред", Москва, 1997;
Седьмой межвузовской конференции "Математическое моделирование и краевые задачи", Самара, 1997;
Всероссийской конференции молодых ученых и студентов "Математическое моделирование физико-механических процессов", Пермь, 1997;
IV Международном симпозиуме "Динамические и технологические
проблемы механики конструкций и сплошных сред", Москва, 1998.
Третьей международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ-2000), Истра-Москва, 3-7 июля 2000 г.
Публикации.
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в работах [1-9].
Структура и объем работы.
