Напряженно-деформированное состояние сварного соединения при приварке седлового отвода к полиэтиленовой трубе в условиях низких температур

Целью исследования является сравнительный анализ напряженно-деформированных состояний сварных соединений при приварке седловых отводов к действующим газопроводам в нормальных условиях по стандартной технологии и низких температурах по предлагаемой технологии.

Методы. Для достижения цели выполнена численная реализация математической модели  термоупругого  состояния методом конечных элементов. Динамика изменения температурного поля в процессе приварки седлового отвода к полиэтиленовой трубе описывалась нестационарным трехмерным уравнением теплопроводности с учетом фазовых превращений в интервале температур. Температурные напряжения при приварке седлового отвода к полиэтиленовым трубам рассматриваются в квазистационарной постановке, в которой напряжения зависят от решения тепловой задачи сварки в каждый расчетный момент времени. Вычислительные эксперименты проводились в среде программирования Python с использованием вычислительного пакета Dolphin/Fenics. Вычислительная сетка построена с использованием программы GMSH.

Визуализация полученных результатов реализовывалась с помощью пакета Paraview.

Результаты. При приварке седлового отвода к полиэтиленовой трубе при температурах воздуха ниже нормативных расчетами определены технологические параметры сварки. На основе вычислительных экспериментов приварки седлового отвода к действующему газопроводу при допустимых и низких температурах окружающего воздуха динамики полей температур, напряжений и деформаций в зоне термического влияния практически идентичны.

Заключение. Результаты расчетов показали, что при приварке седловых отводов к полиэтиленовым трубам действующих газопроводов в условиях низких температур по предлагаемой технологии основные  физические и механические процессы будут протекать как при сварке в нормальных условиях и обеспечат необходимую прочность

1. Васильева М.А., Старостин Н.П. Анализ температурных полей сварки полиэтиленовых распределительных трубопроводов с помощью седлового отвода при температурах воздуха ниже нормативных // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2022. № 1 (185). С. 54–58. DOI: 10.52190/2073-2597_2022_1_54

2. Математическое моделирование деформационных процессов при сварке полиэтиленовых труб / В.И. Махненко, Е.А. Великоиваненко, Г.Ф. Розынка, Е.Ш. Гисер // Автоматическая сварка. 1991. № 4. С. 1–6.

3. Труфанов Н.А., Сметанников О.Ю., Завьялова Т.Г. Численное решение краевых задач механики полимеров с учетом фазовых и релаксационных переходов // Математическое моделирование. 2000. Т. 12, № 7. С. 45–50.

4. Тихонов Р.С., Старостин Н.П., Аммосова О.А. Исследование влияния низких температур окружающего воздуха на термоупругое состояние электромуфтового сварного соединения полиэтиленовых труб // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2022. № 3 (187). С. 41–47. DOI: 10.52190/2073-2597_2022_3_41

5. Старостин Н.П., Николаева М.А. Приварка седлового отвода к полиэтиленовой трубе газопровода при низких температурах // Нефтегазовое дело. 2022. Т. 20, № 4. С. 133–140.

6. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Изд. 2-е. М: Энергия, 1969. 440 с.

7. Численное моделирование температурного поля многолетнемерзлого грунтового основания железной дороги / П. Н. Вабищевич, С. П. Варламов, В. И. Васильев, М. В. Васильева, С. П. Степанов // Математическое моделирование. 2016. Т. 28. № 10. С. 110–124.

8. Bondarev E.A., Rozhin I.I., Argunova K.K. Generalized Mathematical Model of Hydrate Formation in Gas Pipelines // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2019. Vol. 60. No. 3. Pp. 503-509. DOI: 10.1134/S002189441903012X

9. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Изд. 5-е. М.: Атомиздат, 1979. 416 с.

10. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986. 318 с.

11. Logg A., Mardal K.A, Wells G. Automated Solution of Differential Equations by the Finite Element Method: The FEniCS Book. New York: Springer Sci. & Business Media. 2012. DOI: 10.1007/978-3-642-23099-8

12. Software package GMSH. URL: http://geuz.org/gmsh/ (дата обращения: 31.03.2023).

13. Software package ParaView. URL: http://paraview.org/ (дата обращения: 31.03.2023).

14. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.: Наука, 1977. 416 с.