При эксплуатации магистральных трубопроводов в случае нарушения их противокоррозионного покрытия и электрохимической защиты могут возникать коррозионные дефекты поверхности труб, которые в значительной степени снижают несущую способности трубопровода. В настоящее время для оценки прочности трубопровода с коррозионными поражениями в основном применяются полуэмпирические зависимости, обоснованные в ограниченной области геометрических параметров и механических свойств металла труб. Для решения подобных задач прочности корродированных трубопроводов возможно применение численных методов. Для этого необходимо иметь дорогостоящее лицензированное программное обеспечение для выполнения расчетов и высококвалифицированный персонал. Также такой подход затруднителен при необходимости оценки прочности большого количества труб с коррозионными дефектами, что имеет место на магистральных трубопроводах.
В статье рассмотрено решение задачи о несущей способности цилиндрической оболочки с осесимметричным утонением стенки прямоугольной формы, которое основано на конечном (не дифференциальном) соотношении между усилиями и моментами А.А. Ильюшина для идеально пластичных материалов и уравнении равновесия цилиндрической оболочки. Для трубопровода с несимметричным коррозионным утонением несущая способность определяется интерполяцией (вычислением промежуточных значений) предлагаемого решения и соотношений для несущей способности трубы с трещиноподобными коррозионно-механическими дефектами при вязком разрушении. Проведено компьютерное моделирование несущей способности цилиндрической оболочки круговой формы с прямоугольным утонением с помощью программного комплекса, реализующего метод конечных элементов. Выполнено сравнение полученных данных с результатами расчетов с помощью предлагаемого подхода. Сравнительный анализ подтвердил возможность использования результатов работы в практических приложениях.
Список литературы
1. Barbosa A.A., Teixeira A.P., Guedes Soares C. Strength analysis of corroded pipelines subjected to internal pressure and bending moment. In: Progress in the Analysis and Design of Marine Structures / edited by C. Guedes Soares, Y. Garbatov. – London: CRC Press, 2017. – 966 p. - https://doi.org/10.1201/9781315157368
2. Modified equation for the assessment of long corrosion defects / A.C. Benjamin, R.D. Vieira, J.L.F. Freire, J.T.P. de Castro // Proceedings of OMAE’01 20th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering June 3-8, 2001, Rio de Janeiro, Brazil. – https://www.researchgate.net/publication/249657141_Modified_Equation_for_the_Assessment_of_Long_Corr...
3. Reliability assessments of corroded pipelines based on internal pressure – A review / R. Amaya-Gómez, M. Sánchez-Silva, E. Bastidas-Arteaga [et al.] // Engineering Failure Analysis. – 2019. – V. 98. – P. 190-214. – https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.01.064
4. Xu L. Assessment of corrosion defects on high-strength steel pipelines: doctoral thesis. – Calgary: University of Calgary, 2013. – doi:10.11575/PRISM/25027
5. Orasheva J. The Effect of Corrosion Defects on the Failure of Oil and Gas Transmission Pipelines: A Finite Element Modeling Study // UNF Graduate Theses and Dissertations. 763. – 2017. – https://digitalcommons.unf.edu/etd/763
6. Хажинский Г.М. Механика мелких трещин в расчетах прочности оборудования и трубопроводов. – М.: Физматкнига, 2008. – 254 с.
7. Королев В.И. Упругопластические деформации оболочек. – М.: Машиностроение, 1971. – 303 с.
8. Ильюшин А.А. Пластичность. Ч. 1. Упруго-пластические деформации. – М.-Л.: Гостехиздат, 1948. – 376 с.
9. Duffy Failure Stress Levels of Flaws in Pressurized Cylinders / J.F. Kiefner, W.A. Maxey, R.J. Eiber, A.R. // In: Progress in Flaw Growth and Fracture Toughness Testing / edited by J. Kaufman [et al.]. – West Conshohocken, PA: ASTM International, 1973. – Р. 461–481. – https://doi.org/10.1520/STP49657S
10. Неганов Д.А., Варшицкий В.М., Белкин А.А. Расчетные и экспериментальные исследования прочности натурных образцов труб с дефектами «потеря металла» и «вмятина с риской» // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2020. – Т. 10. – № 3. – С. 226–233.
