Interference of torsion waves in the underground pipeline caused by the movement of the damaged foundation

I. P. Shatskyi; М. І. Васьковський; В. В. Перепічка

doi:10.31471/2311-1399-2020-1(13)-1-7

Автор(и)

I. P. Shatskyi
М. І. Васьковський
В. В. Перепічка

DOI:

https://doi.org/10.31471/2311-1399-2020-1(13)-1-7

Ключові слова:

інтерференція хвиль скручування; міцність; підземний трубопровід; раптовий поворот фрагментів основи.

Анотація

У статті вивчено питання міцності підземних трубопроводів, які експлуатуються в складних
гірничогеологічних умовах на територіях із тектонічними розломами. У таких умовах труба, окрім навантаження тиском транспортованого продукту, зазнає додаткових впливів від переміщень пошкодженої основи, що потребує динамічного аналізу поведінки конструкцій. Мета роботи полягає у розробці моделі для описання нестаціонарного процесу деформування трубопроводу на пошкодженій основі, спричиненого
раптовим взаємним розворотом декількох фрагментів основи довкола осі труби. Динаміку трубопроводу досліджували в лінійній постановці, моделюючи його нескінченним трубчастим стержнем. Блоки основи вважаємо абсолютно жорсткими; поведінку тонкого шару ґрунтової засипки описуємо гіпотезою Вінклера. Кінематику взаємних поворотів фрагментів основи задано розривними функціями від осьової координати. Міцність трубопроводу оцінено сумою штатних від внутрішнього тиску та позаштатних напружень від скручування, при цьому трубу вважається безмоментною циліндричною оболонкою. Такий підхід дає можливість оцінювати міцність підземного трубопроводу не за зовнішнім навантаженням від ґрунту, яке зазвичай є невідомим, а за кінематичними параметрами рухів берегів розломів. Сформулювано початково-крайову задачу для диференціального рівняння скручування з розривною правою частиною. На підставі
аналітичного розв’язку задачі вивчено вплив інтерференції хвиль скручування, збурених раптовими розворотами фрагментів основи довкола осі труби на напружений стан трубопроводу під тиском. Встановлено, що динамічні ефекти істотно залежать від структури розривних рухів основи та дистанції між розломами.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Mazur, II & Ivantsov, OM 2004, Safety of piping systems, ELIMA, Moscow, 1104 p. (in Russian).

Kharionovskii, VV 2000, Reliability and service life of gas pipeline structures, Nedra, Moscow, 467 p. (in Russian)

Borodavkin, PP 1982, Underground main pipelines. Design and construction, Nedra, Moscow, 384 p. (in Russian)

Ainbinder, AB 1992, Calculation of main and field pipelines for strength and stability, Nedra, Moscow, 287 p. (in Russian)

Kryzhanivs’kyi, EI, Rudko, VP & Shats’kyi, IP, 2004, ‘Estimation of admissible loads upon a pipeline in the zone of sliding ground’, Materials Science, vol. 40, iss. 4, pp. 547–551.

Velychkovych, AS, Andrusyak, AV, Pryhorovska, TO & Ropyak, LY 2019, ‘Analytical model of oil pipeline overground transitions, laid in mountain areas’, Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP Energies nouvelles, vol. 74, Article Number 65.

Orynyak, IV & Bogdan, AV 2007, ‘Problem of large displacements of buried pipelines. Part 1. Working out a numerical procedure’, Strength of Materials, vol. 39, iss. 3, pp. 257–274.

Vazouras, P, Karamanos, SA & Dakoulas, P. 2012, ‘Mechanical behaviour of buried pipes crossing active strike-slip faults’, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol. 61, pp. 164–180.

Trifonov, OV & Cherniy, VP 2012, ‘Elastoplastic stress-strain analysis of buried steel

pipelines subjected to fault displacements with account for service loads’, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol. 33, iss. 1, pp. 54–62.

Zhang, J, Liang, Z & Han, CJ 2015, ‘Finite element analysis of wrinkling of buried pressure pipeline under strike-slip fault’, Mechanika, vol. 21, iss. 3, pp. 31–36.

Shats’kyi, IP & Struk, AB 2009, ‘Stressed state of pipeline in zones of soil local fracture’, Strength of Materials, vol. 41, iss. 5, pp. 548–553.

Shatsky, IP & Struk, AB 2009, ‘Underground pipeline strain in areas of local fracture of the body’, Doovidi NAN Ukrainy, no. 12, pp. 69–74. (in Ukrainian)

Struk, AB 2019 ‘Underground pipeline stresses caused by damage near anchor mounting’, Oil and Gas Power Eng., no 2(32), pp. 53–60.

Shatskyi, I, Struk, A & Vaskovskyi, M 2017, ‘Static and dynamic stresses in pipeline built on damaged foundation’, Trans. VŠB – TU Ostrava, Civ. Eng. Ser., vol. 17, iss. 2, pp. 119–124.

Shatskyi, I, Vaskovskyi, M, Aksionov, V & Venhrynyuk, T 2017, ‘Cyclic straining of pressurized buried pipeline crossing the fault’, Proc. 22nd Int. Sci. Conf. “MECHANIKA 2017” (19 May 2017, Kaunas, Lithuania). Kaunas, pp. 351–354.

Rabotnov, Y N 1988, Mechanics of deformable solids, Nauka, Moscow, 712 p. (in Russian).

Debnath, L & Bhatta, D 2014, Integral transforms and their applications, CRC press, New York, 806 p.

Abramowitz, M & Stigan, IA 1970, Handbook of mathematical functions, Dover, New

York, 1046 p.

Shatskii, IP & Perepichka, VV 2013, ‘Shock wave propagation in an elastic rod with a viscoplastic externel resistance’, J. Appl. Mech. and Techn. Phys, vol. 54, iss. 6, pp. 016–1020.

Shatskyi, I & Perepichka, V 2018, ‘Problem of dynamics for an elastic rod with decreasing function of elastic-plastic external resistance’, In: Awrejcewicz J. (eds). Dynamical Systems in Applications. DSTA 2017. Springer Proc. in Mathematics & Statistics, Springer, Cham, vol. 249, pp. 335–342.