Возможность использования ребер для защиты трубопроводов от распространения продольных трещин

Аннотация

Наибольшие разовые экономические и экологические потери при авариях на магистральных трубопроводах связаны с появлением длинных продольных трещин, сопровождающимся разливами значительных количеств нефти, взрывами и пожарами. Современным путем для предотвращения таких трещин является использование вязких сталей, однако повышение вязкости разрушения, достигаемое за счет легирования и термообработки, ведет к существенному удорожанию труб. В качестве более дешевой альтернативы может быть рассмотрено конструктивное торможение трещин – например, с помощью локальных утолщений (ребер), расстояние между которыми лимитирует длину продольной трещины (в ряде случаев трещина длиной до 10 м является допустимой). При наличии дешевой технологии создания таких ребер ключевым вопросом является их эффективность.

Целью работы являлось построение конечно-элементной модели трубы магистрального трубопровода с трещиной для оценки возможности предотвращения развития длинных продольных трещин с помощью окружных ребер. Ребра представляют собой утолщения плавной формы. Была протестирована эффективность ребер различной толщины – в 2 и в 5 раз превышающей толщину стенки трубы. Модель включала участок трубы с трещиной, ограниченный с двух сторон ребрами, и необходимую часть трубы снаружи ребер. В качестве параметра, характеризующего распространение трещины, в первом приближении использовался коэффициент интенсивности напряжений K1, значения которого определялись численно с использованием пакета ANSYS. Расчеты показали, что при использовании ребер коэффициент интенсивности напряжений может быть значительно уменьшен, и ребра могут быть использованы для торможения (остановки) трещины.