КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-21-00106
НазваниеСтатика и динамика трубопроводов
РуководительИльгамов Марат Аксанович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук, Республика Башкортостан
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2025 г. |
Конкурс№89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах, 01-301 - Теория упругости, сопряженные модели
Ключевые словатрубопровод, статический и динамический изгиб, пространственные колебания, изгибно-вращательные колебания, вынужденные колебания, параметрические колебания, резонанс, непериодический режим
Код ГРНТИ30.15.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Актуальность решения обозначенной проблемы определяется тем, что трубопроводы, в том числе изготовленные из композитных материалов, широко применяются в энергетике, нефтегазовой промышленности, аэрокосмической технике, машинах и аппаратах. Композитные трубы обладают рядом преимуществ. Они позволяют прокачивать среды при больших давлениях, имеют более высокую усталостную прочность, более стойки к агрессивным средам, могут иметь меньший вес и другие технические преимущества. Транспортировка жидкости и газа по трубопроводам осуществляется работой насосов, которые создают постоянное и переменное внутреннее давление. Вибрационные движения может совершать основание, с которым связаны опоры трубы. Для летательного аппарата, например, таким основанием служит его корпус. В условиях действия постоянного и переменного давления в транспортируемом продукте и вибрациях опор происходят как взаимодействия изгибных параметрических и вынужденных колебаний в одной плоскости, так и пространственные движения трубопровода. В зависимости от условий возбуждения колебания конкретного трубопровода могут усиливаться или ослабевать. Поэтому значительный практический и научный интерес представляют вопросы заблаговременного принятия мер по защите трубопровода от колебаний с большой амплитудой, вследствие которых он может потерять работоспособность.
Научная новизна исследований заключается в развитии изгибно-вращательной модели для изучения пространственной статики и динамики трубопроводов. Применение данной модели также возможно при изучении плоских изгибных колебаний трубы. Модель учитывает действия гравитационной и выталкивающей архимедовой сил, сил вязкого сопротивления, взаимодействие постоянного и переменного давления в транспортируемой среде и изменений кривизны осевой линии, вибрации опор и т.д. Также важен учет внешней и внутренней присоединенных масс сред, взаимного влияния продольной и кольцевой деформаций трубы. Постоянное и переменное внутреннее и внешнее давления, а также другие факторы могут приводить к среднему перемещению трубопровода. В частности, явление всплытия подводного газового трубопровода, более тяжелого, чем выталкивающая сила воды, объясняется одновременным действием температурного расширения, осевого сжатия, поперечной распределенной нагрузки, обусловленной взаимодействием давления газа и воды и кривизной осевой линии. Такое равновесное положение сооружения является недопустимым для его эксплуатации. До сих пор не разработан механизм всплытия трубопровода вследствие изменения гидростатического давления при его подъеме и колебаний давления газа, что отмечено в литературе. Обычным является недостаток информации о причинах наступившего происшествия. В качестве примера можно привести всплытие двух газовых трубопроводов «Бованенково – Ухта-2» в Байдарацкой губе (залив Карского моря, лето 2021 года). Здесь трубопровод представляет собой слоистую конструкцию (между двумя стальными оболочками находится бетонный слой), что обеспечивает балластные, теплоизоляционные свойства, защиту внутренней трубы от повреждений. Особое внимание в проекте уделяется взаимодействию внутреннего давления в трубопроводе и изменений кривизны его осевой линии.
Ожидаемые результаты
В рамках предлагаемого проекта будут сформулированы и решены новые задачи по изучению закономерностей статического и динамического поведения трубопроводов с вибрирующими опорами с учетом взаимодействия внутреннего давления и деформированных поверхностей.
Выполнение проекта позволит получить следующие результаты.
• Теоретически и экспериментально будут определены собственные частоты изгибных колебаний тонкой металлической трубы с защемленными концами при различных величинах постоянного внутреннего давления. Будет дан сравнительный анализ результатов эксперимента, приближенного аналитического решения и численного моделирования.
• Будет исследовано влияние внутренней присоединенной массы жидкости на пространственные колебания трубы с вибрирующими опорами. На основе применения изгибно-вращательной модели будут определены собственные частоты изгибных и угловых колебаний.
• Теоретически и экспериментально будут определены частоты собственных изгибных колебаний защемленных по двум концам тонких композитных труб при различных величинах постоянного внутреннего давления.
• Будет исследовано явление всплытия участка трубопровода на основе разработанной математической модели, учитывающей влияние колебаний давления транспортируемого газа. При этом будут определены значения основных параметров, влияющих на всплытие трубопровода.
Полученные результаты могут быть использованы на этапе проектирования трубопроводов для принятия мер по их защите от потери работоспособности и разрушения. Они также будут включены в содержание планируемой к написанию монографии «Статика и динамика трубопроводов».
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ