Применение методов математического моделирования для определения влияния грунта на частоты собственных колебаний трубопроводов

При осуществлении на трубопровод внешнего воздействия, способного влиять на частоту собственных колебаний, происходит изменение параметров собственных колебаний, что повышает погрешность измерений, а зачастую и просто искажает результаты вибрационного контроля. Для трубопроводов таким воздействием может оказаться влияние грунта при бесканальной прокладке. Различные виды грунта по-разному влияют на изменение частоты собственных колебаний трубопровода.
Целью статьи является анализ влияния грунтов различного типа на параметры собственных колебаний трубопровода. Задачей исследования являлось теоретическое подтверждение зависимости изменения частоты колебания трубопровода при воздействии грунтов. Произведен модальный анализ собственных колебаний 5 полиэтиленовых трубопроводов. В качестве исходных данных принято, что расчетный трубопровод уложен в траншею с наклонными стенками, заложение откоса на плоское основание на глубине равно 2,5 м. Расчеты произведены в программном комплексе конечно-элементного анализа ANSYS. С целью построения математической модели определена степень воздействия грунта на трубопроводы путем исследования вертикального и бокового давления грунта на вышеуказанные трубопроводы, проанализированы собственные колебания трубопроводов.

Представлены результаты модального анализа для полиэтиленовых труб при схеме укладки с наклонными стенками и различном грунте (пески гравелистые, крупные и средней крупности; глины тяжелые). Выбор грунта обусловлен наибольшим распространением его на территории России.
Таким образом, полученная зависимость степени влияния различного грунта на собственные частоты трубопроводов значительно повышает достоверность вибрационной диагностики заглубленных коммуникаций, может облегчить работы по ее организации и позволит определять долгосрочные прогнозы эксплуатации трубопроводов.

1. Берзин П. О. Контроль и диагностика теплоэнергетического оборудования. В сборнике материалов VIII всероссийской, научно практической конференции молодых ученых с международным участием "Россия молодая", Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева 2016;: 325.

2. Герасимова А. Г. Принципы выбора материалов теплоэнергетического оборудования и трубопроводов ТЭС. Наука – образованию, производству, экономике: материалы 14-й Международной научно-технической конференции 2019; 1: 91.

3. Дудоров В. Е., Тимофеев И. С. Анализ аварийности на объектах трубопроводного транспорта (нефть, нефтепродукты). Фундаментальные исследования основных направлений технических и физико-математических наук. Сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции 2018;: 71–74.

4. Никулин Н. Ю., Кущев Л. А., Темников Д. О. Современные технологические аспекты развития систем теплоснабжения. Современное строительство и архитектура 2016; 4 (04).

5. Сазонова С. А., Сушко Е. А. Разработка методов и алгоритмов технической диагностики и обеспечение безопасности систем пожаротушения, тепло-, водо-, газоснабжения и промышленных технологических трубопроводов. Современные проблемы гражданской защиты 2017; 2 (23): 40–45.

6. Дмитриев А. В. Исследование частоты свободных колебаний для трубопроводов с различными физикомеханическими свойствами материала. Интернет-журнал «Транспортные сооружения» 2020; 1.

7. Коваль А. И., Медведев А. Е. Меры технической диагностики состояния трубопроводов. Материалы III Всероссийской студенческой научно-технической конференции 2017;: 97–98.

8. Гапоненко С. О., Ибадов А. А., Кондратьев А. Е. Определение информативных частотных диапазонов для контроля местоположения заглубленных трубопроводов. Научному прогрессу – творчество молодых. Поволжский государственный технологический университет 2018; 2: 68–71.

9. Шлычков Д. И. Проблемы технического состояния действующих трубопроводных систем. Инновации и инвестиции 2020; 4: 207–210.

10. Продоус О. А., Васильева М. А. Упрощенный вид нормативной зависимости для гидравлического расчета трубопроводов из полимерных материалов. Водоснабжение и санитарная техника 2017; 9: 53–56.

11. Викулин П. Д. Гидравлика и аэродинамика систем водоснабжения и водоотведения. Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет 2018;: 386.

12. Федорова Н. Н., Вальгер С. А., Данилов М. Н., Захарова Ю. В. Основы работы в ANSYS 17 2017;: 210.

13. Секачева А. А., Пастухова Л. Г., Носков А. С. Моделирование динамических характеристик вертикального элемента трубопровода. Сборник докладов VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием 2019;: 334–341.

14. Байкова Л. Р., Новичков А. В. Использование программного комплекса ANSYS при исследовании гидродинамических параметров и вибрации трубопроводов. Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья 2020; 3.

15. Гапоненко С. О., Кондратьев А. Е. Перспективные методы и методики поиска скрытых каналов, полостей и трубопроводов виброакустическим методом. Вестник Северо-Кавказского федерального университета 2015; 2(47): 9–13.

16. Nazarychev S. A., Gaponenko S. O., Kondratiev A. E. Determination of informative frequency ranges for buried pipeline location control. Helix 2018; 8: 2481.