(EXPERIMENTAL STUDY OF THE BENDING STRESS-STRAIN STATE OF A PIPE USING STRAIN GAUGE AND INCLINOMETRIC TECHNOLOGY)
В статье представлен комплекс расчетно-экспериментальных исследований, направленных на определение всех компонентов напряженно-деформированного состояния трубы при изгибающей нагрузке в лабораторных условиях. Применялись тензорезистивный и инклинометрический методы оценки напряженно-деформированного состояния стенки трубы.С использованием тензорезистивного метода построены эпюры напряжений, деформаций, интенсивности напряжений, объемной деформации верхней образующей стенки трубы при изгибе в вертикальной плоскости. По эпюрам определены наиболее опасные области трубы с точки зрения прочности. Установлено, что при изгибе трубы напряженное состояние является плоским, а деформированное – объемным. Поэтому использование формул из теории изгиба стержня для расчета компонентов напряженно-деформированного состояния трубопровода не приводит к достоверным результатам, поскольку, согласно этой теории, напряженное состояние при изгибе является линейным.
При помощи инклинометрического метода построены эпюры перемещения, тангенса угла наклона и кривизны верхней образующей трубы при изгибе в вертикальной плоскости. Обнаружена тесная корреляционная линейная зависимость между величинами кривизны, объемной деформации и радиальной деформации. Представлены соответствующие уравнения линий регрессии.
Сделан вывод, что при наличии данных о величине кривизны трубопровода, например, по итогам инклинометрии благодаря полученным уравнениям регрессии можно перейти к величине объемной деформации и, следовательно, оценить уровень напряженно-деформированного состояния стенки трубы. Если же объемная деформация определена тензорезистивным методом, можно перейти к значениям кривизны трубопровода, что позволит определить его пространственное положение.
The paper presents a set of calculation and experimental studies aimed at determining all components of the pipe stressstrain state under bending load in laboratory conditions. Tensor-resistive and inclinometric methods of stress-strain state estimation of pipe wall were applied.
Using tensor-resistive technology, diagrams of stresses, deformations, stress intensity, volumetric deformation of the upper formative of the pipe wall during bending in the vertical plane have been constructed. The most dangerous areas of the pipe in terms of strength have been determined from the diagrams. It has been established that when bending the pipe, stressed state is plane, and deformed state is volumetric. Therefore, the use of formulas from the rod bend theory to calculate the components of the stress-strain state of a pipeline does not lead to reliable results, since, according to this theory, the bend stress state is linear.
Using inclinometric technology plots of deformation, tangent of inclination angle and curvature of the pipe upper line when bending in the vertical plane are presented. A close correlation linear dependence between the values of curvature, volumetric strain and radial strain is found. The corresponding equations of the regression lines are presented. It is concluded that if there is data on the pipeline curvature value, for example, according to the results of inclinometry, due to the obtained regression equations it is possible to go to the value of volume deformation and, therefore, to assess the level of the stress-strain state of the pipe wall. If the volumetric strain is determined by tensor-resistive method, it's possible to pass to the pipeline curvature values, which will allow to determine its spatial position.
А.А. Игнатик1, e-mail: aignatik@ugtu.net
1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ухтинский государственный технический университет» (Ухта, Россия).
A.A. Ignatik1, e-mail: aignatik@ugtu.net
1 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Ukhta State Technical University” (Ukhta, Russia).
Варшицкий В.М., Фигаров Э.Н., Лебеденко И.Б. Исследование напряженного состояния трубопроводов с ненормативной кривизной оси // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2018. Т. 8. № 3. С. 273–277.
Аскаров Р.М., Гумеров А.К., Каримов Р.М., Шамилов Х.Ш. Оценка влияния радиуса изгиба при расчетах продольных напряжений длительно эксплуатируемых трубопроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2020. Т. 10. № 3. С. 234–242.
Гумеров К.М., Харисов Р.А. Оценка допустимого радиуса изгиба трубопровода // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2017. № 2 (108). С. 73–83.
Гумеров А.К., Сильвестров С.А. Совершенствование методов оценки допустимых значений радиуса упругого изгиба трубопровода // Нефтегазовое дело. 2018. Т. 16. № 4. С. 96–107.
Чучкалов М.В., Аскаров Р.М., Китаев С.В. и др. Оценка допустимости приобретенной кривизны газопровода по данным внутритрубной диагностики // Нефтегазовое дело. 2016. Т. 14. № 3. С. 124–127.
Агиней Р.В., Исламов Р.Р., Мамедова Э.А. и др. Определение минимального шага измерений пространственного положения трубопровода при оценке напряженно-деформированного состояния с поверхности грунта // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2020. Т. 10. № 2. С. 138–147.
Котов М.Ю., Быков Л.И. К вопросу моделирования и экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния балочного трубопроводного перехода // Нефтегазовое дело: электронный научный журнал. 2013. № 4. С. 234–242.
Ялалов Д.В., Валеев А.Р., Аскаров Р.М., Пережогин Ю.Д. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния подземного трубопровода при сдвигах горных пород в зонах активных тектонических разломов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2020. № 3 (125). С. 39–49.
Игнатик А.А. Напряженно-деформированное состояние трубопровода под воздействием комбинированной нагрузки // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2020. Т. 10. № 1. С. 22–31.
Игнатик А.А. Характеристика напряженно-деформированного состояния стенки трубопровода под воздействием внутреннего давления, изгиба и кручения // Газовая промышленность. 2020. № 4 (799). С. 102–107.
Ozkan I.F., Mohared M.E. Moment Resistance of Steel Pipes Subjected to Combined Loads // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2009. Vol. 86. No. 4. P. 252–264.
Бурков П.В., Буркова С.П., Тимофеев В.Ю. и др. Исследование напряженно-деформированного состояния участка магистрального нефтепровода «Александровское – Анжеро-Судженск» методом конечных элементов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2013. № 4 (98). С. 22–26.
Бурков П.В., Буркова С.П., Калмыкова К.Г., Тимофеев В.Ю. Исследование напряженно-деформированного состояния участка магистрального газопровода методом конечных элементов в условиях осадки слабосвязанных грунтов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2013. № 3 (97). С. 12–15.
Шадрин В.С., Гумеров К.М., Абдуллин Р.С. Методика определения напряженно-деформированного состояния трубопроводов при эксплуатации // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2014. № 2 (96). С. 119–125.
Ларионов Ю.В., Гумеров А.К. Напряженное состояние подземных трубопроводов в зоне оползня // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2013. № 1 (91). С. 65–73.
Неганов Д.А., Варшицкий В.М., Козырев О.А. Анализ несущей способности трубопровода при действии эксплуатационных нагрузок // Нефтяное хозяйство. 2017. № 7. С. 95–98.
Трифонов О.В., Силкин В.М., Черний В.П. и др. Прогнозирование напряженно-деформированного состояния магистрального газопровода «Сила Сибири» на участках развития опасных инженерно-геокриологических процессов на основе математических моделей // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2020. № 2 (44). С. 34–50.
Гумеров А.К., Каримов Р.М., Аскаров Р.М., Шамилов Х.Ш. Определение и прогнозирование напряженно-деформированного состояния трубопровода с учетом грунтовых изменений в процессе эксплуатации // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2020. Т. 10. № 4. С. 372–378.
Султанмагомедов Т.С., Бахтизин Р.Н., Султанмагомедов С.М. Исследование перемещений трубопровода в многолетнемерзлых грунтах // Научные труды НИПИ нефтегаз ГНКАР. 2020. № 4. С. 75–83.
Ляпичев Д.М., Житомирский В.Л. Современные подходы к организации мониторинга напряженно-деформированного состояния технологических трубопроводов компрессорных станций // Газовая промышленность. 2016. № 11 (745). С. 46–53.
Макаров Г.И. Математические основы мониторинга напряженно-деформированного состояния стенки трубы магистрального нефтепровода // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2007. № 1. С. 92–95.
Шарафутдинов З.З., Урманчеев С.Ф., Капаев Р.А. Оценка готовности скважины к протаскиванию трубопровода при строительстве подводного перехода // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2020. Т. 10. № 5. С. 470–478.
Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: учебник для вузов. 18-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021. 542 с.
Varshitsky V.M., Figarov E.N., Lebedenko I.B. Stress Analysis of the Pipeline Condition with the Non-Normative Curvature of the Axis. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov [Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation]. 2018;8(3):273–277. (In Russ.)
Askarov R.М., Gumerov A.К., Karimov R.M., Shamilov Kh.Sh. Influence of Bending Radius on Longitudinal Stresses in Long Operation Pipelines. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov [Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation]. 2020;10(3):234–242. (In Russ.)
Gumerov K.M., Kharisov R.A. Assessment of the Permissible Bend Radius of Pipeline. Problemy sbora, podgotovki i transporta nefti i nefteproduktov [Problems of Gathering, Treatment and Transportation of Oil and Oil Products]. 2017;2(108):73–83. (In Russ.)
Gumerov A.K., Silvestrov S.A. Development of Estimation Methods of Allowable Values of a Pipeline Elastic Bending Radius. Neftegazovoye delo [Oil and Gas Business]. 2018;16(4):96–107. (In Russ.)
Chuchkalov M.V., Askarov R.M., Kitaev S.V. et al. Assessment of the Admissibility of the Acquired Curvature of the Gas Pipeline according to In-Pipeline Diagnostics. Neftegazovoye delo [Oil and Gas Business]. 2016;14(3):124–127. (In Russ.)
Aginey R.V., Islamov R.R., Mamedova E.A. et al. Determining the Minimum Pitch for Measuring the Spatial Position of a Pipeline when Assessing the Stress-Strain State from the Soil Surface. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov [Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation]. 2020;10(2):138–147. (In Russ.)
Kotov M. Yu., Bykov L.I. The Question of Modeling and Experimental Research of the Stressed-Deformed State of the Beam Crossing. Neftegazovoye delo: elektronnyy nauchnyy zhurnal [The online edition “Oil and Gas Business”]. 2013;(4):234–242. (In Russ.)
Yalalov D.V., Valeev A.R., Askarov R.M., Perezhogin Yu.D. Experimental Research of the Stress-Strain State of the Underground Pipeline during Rock Shifting in the Areas of Active Tectonic Faults. Problemy sbora, podgotovki i transporta nefti i nefteproduktov [Problems of Gathering, Treatment and Transportation of Oil and Oil Products]. 2020;3(125):39–49. (In Russ.)
Ignatik A.A. Stress-Strain State of a Pipeline Subject to the Influence of a Combined Load. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov [Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation]. 2020;10(1):22–31. (In Russ.)
Ignatik A.A. Stress-Strain State Characteristics of Pipeline Wall under the Internal Pressure, Bending, and Torsion. Gazovaya promyshlennost’ [Gas Industry]. 2020;4(799):102–107. (In Russ.)
Ozkan I.F., Mohared M.E. Moment Resistance of Steel Pipes Subjected to Combined Loads. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2009;86(4):252–264.
Burkov P.V., Burkova S.P., Timofeev V.Y. et al. Investigation of the Stress-Strain State Section of the Main Pipeline ‘Alexandrov – Anzhero Sudzhensk’ by Fem. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Kuzbass State Technical University]. 2013;4(98):22–26. (In Russ.)
Burkov P.V., Burkova S.P., Kalmikova K.G., Timofeev V.Y. Investigation of Stress-Strain State of Main Gas Pipeline Section by Finite Element Method in the Conditions of Precipitation of Weakly Coupled Soils. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Kuzbass State Technical University]. 2013;3(97):12–15. (In Russ.)
Shadrin V.S., Gumerov K.M., Abdullin R.S. Method of Determining Stressed-Strained State of Pipelines in Operation. Problemy sbora, podgotovki i transporta nefti i nefteproduktov [Problems of Gathering, Treatment and Transportation of Oil and Oil Products]. 2014;2(96):119–125. (In Russ.)
Larionov Yu.V., Gumerov A.K. Stress State of Underground Pipelines in the Landslide Zone. Problemy sbora, podgotovki i transporta nefti i nefteproduktov [Problems of Gathering, Treatment and Transportation of Oil and Oil Products]. 2013;1(91):65–73. (In Russ.)
Neganov D.A., Varshitskii V.M., Kozyrev O.A. Analysis of Pipeline Bearing Capacity under Combined Load. Neftyanoe khozyaistvo [Oil Industry]. 2017;(7):95–98. (In Russ.)
Trifonov O.V., Silkin V.M., Cherniy V.P. et al. Predictive Mathematical Modelling of Stress-Strain Behavior for Power of Siberia Pipeline Sections Subject to Dangerous Engineering-Geocryological Processes. Nauchno-tekhnicheskiy sbornik «Vesti gazovoy nauki» [The scientific-technical collected book “Vesti Gazovoy Nauki”]. 2020;2(44):34–50. (In Russ.)
Gumerov A.К., Karimov R.M., Askarov R.М., Shamilov Kh.Sh. Determination and Prediction of the Stress-Strain State of Pipeline, Taking into Account Soil Changes during Operation. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov [Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation]. 2020;10(4):372–378. (In Russ.)
Sultanmagomedov T.S., Bakhtizin R.N., Sultanmagomedov S.M. Experimental Study of Pipeline Movements in Permafrost Soils. Nauchnyye trudy NIPI neftegaz GNKAR [SOCAR Proceedings]. 2020;(4):75–83. (In Russ.)
Lyapichev D.M., Zhitomirsky B.L. Modern Approaches to the Organization of Monitoring of Stress Strain Behavior of Process Pipelines and Compressor Plants. Gazovaya promyshlennost’ [Gas Industry]. 2016;11(745):46–53. (In Russ.)
Makarov G.I. Mathematical Basis for Monitoring the Stress-Strain State of the Wall of the Main Oil Pipeline. Truboprovodnyy transport: teoriya i praktika [Pipeline Transport: Theory and Practice]. 2007;(1):92–95. (In Russ.)
Sharafutdinov Z.Z., Urmancheev S.F., Kapaev R.A. Assessment the Readiness of the Well for Pipeline Pulling during the Construction of Underwater Crossing. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov [Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation]. 2020;10(5):470–478. (In Russ.)
Feodos'ev V.I. Resistance of Materials: a textbook for universities. 18th edition. Moscow: Publishing house of the Bauman Moscow State Technical University; 2021. (In Russ.)
Вход
Главная
Журналы
Назад к журналу