Компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния сварного шва на участке магистрального газопровода

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СВАРНОГО ШВА НА УЧАСТКЕ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА.

студент, студент

Национальный исследовательский томский политехнический университет

Научный руководитель -

  Целью данной работы является моделирование напряженно - деформированного состояния сварного шва на  участке магистрального газопровода в программе ANSYS. Основным технологически процессом при  строительстве,  реконструкции, капитальном ремонте и техническом обслуживании на магистральных  нефте-газопроводах является сварка. Одним из определяющих требований, предъявляемым к магистральным, является  обеспечение их надежного, безопасного функционирования при длительных  сроках эксплуатации. При сварке  в каждой точке сварного соединения или конструкции возникают напряжения и деформации.

  Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, нефтепровод, шов, напряжения.

  Целью данной работы является моделирование напряженно-деформированного состояния сварного шва на участке магистрального газопровода в программе ANSYS.

ANSYS является универсальным расчётным программным комплексом, основанном на методе конечных элементов, предназначенным для моно - и многодисциплинарных расчётов.

Угловой шов — сварной шов углового, таврового и нахлестан­ного соединений.

  Сварные швы могут быть непрерывными, прерывистыми, одно - и многослойными, одно - и двусторонними. Сварные швы, применяемые для фиксации взаимного расположения, размеров и формы собираемых под сварку элементов, называются прихват­ками.

  На рис. 1 показаны основные положения швов в простран­стве.

Рис. 1. Классификация и обозначение сварных швов по их положе­нию в пространстве:

H — нижние; П — потолочные; Пп — полупотолочные; Г — горизонтальные; Пв — полувертикальные; В — вертикальные; Л — в "лодочку. Пг — полугоризонтальные

  Сварка трубопроводов – основной и наиболее ответственный этап в технологическом процессе строительства трубопроводов, определяющий надежность всей трубопроводной системы в период эксплуатации.

  В зависимости от условий применения используют различные методы сварки, такие как:

Ручная электродуговая сварка Полуавтоматическая сварка труб процессом STT Автоматическая сварка труб в среде защитных газов комплексом CRC-Evans AW

  Ручная дуговая сварка является универсальным методом и может выполняться  в разных пространственных положениях. Ручная дуговая сварка имеет меньшую производительность в отличии от автоматической сварки.

  Полуавтоматическая сварка труб процессом STT предназначена для односторонней полуавтоматической сварки корневого слоя шва неповоротных и поворотных стыков труб проволокой сплошного сечения в среде углекислого газа труб. Он представляет собой одну из разновидностей процесса переноса короткими замыканиями, который реализуется при дуговой сварке в среде защитных газов с одним важным отличием – расплавленный металл переносится за счет сил поверхностного натяжения сварочной ванны, которая втягивает в себя жидкую каплю с конца проволоки.

  В автоматической сварке комплексом CRC-Evans AW реали­зован процесс сварки тонкой электродной проволокой сплошного сечения в среде защитных газов.

  Для решения поставленной цели взят магистральный газопровод диаметром 720мм и толщиной стенки 10мм.

  Техническая характеристика МГ основная нитка DN720, рабочее давление – 7,45 МПа; диаметр трубопровода – 720 мм; фактическая толщина стенки – 10 мм;  тип трубы – прямошовная; тип изоляции – битумная, весьма усиленная (не менее 3 мм); глубина залегания трубопровода 1,2 м; грунт – суглинок.

  Технические характеристики трубы: марка стали – 09Г2С; класс прочности трубопровода – К52; временное сопротивление разрыву – 400 МПа; предел текучести – 355 МПа.

Напряженно-деформированное состояние любого несущего элемента линейной части магистрального трубопровода однозначно определяется характеристиками воздействующих на него нагрузок. На подземные трубопроводы, проложенные в траншее, воздействуют постоянная нагрузка от веса грунта засыпки () и длительная нагрузка от внутреннего давления перекачиваемого продукта. Температурные воздействия и воздействия, вызывающие искривление продольной оси трубопровода, в работе не учитываются.

Расчетная схема представлена на Рисунке 4.

Рис. 3. Расчетная схема трубопровода

Из полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Наибольшие напряжения возникают на сварном шве;

2. Пики напряжений в сварном шве находятся на кромках;.

3. Суммарные перемещения по длине трубопровода несущественны.

Список литературы

Таран магистральных трубопроводов и конструкций. — М. : Недра, 1970. — 384 с. Мустафин трубопроводов. ­­­ – Москва.: Недра, 2002. –347 с. СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы. – М.: Стройиздат, 2000 СП 105 – 34 – 96. Производство сварочных работ и контроль качества сварных соединений. – М.: ИРЦ Газпром, 1996. ВСН 012 – 88. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. – М.: ВНИИСТ, 1989. РД 153 – 006 – 02. Инструкция по технологии сварки при строительстве и капитальном ремонте магистральных нефтепроводов. – М.: АО ВНИИСТ, 2002. ВСН 006 – 88. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Сварка. – М.: ВНИИСТ, 1989 Березин трубопроводов и конструкций: Учебник для вузов. 2-е изд. – М.: Недра, 1983. , , Ansys для инженеров: Справ. пособие. –М.: Машиностроение 1, 2004.-512с.