vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2018-45-2-191-199vdgtu-552Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАTECHNICAL SCIENCE. BUILDING AND ARCHITECTUREРАСЧЕТ ТРЕХСЛОЙНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА НА ПК «ЛИРА»CALCULATION OF THREE-LAYER LARGE DIAMETER PIPES ON THE PC «LIRA»БулгаковА. И.BulgakovA. I.

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Булгаков Александр Исакович - кандидат технических наук, доцент, кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений.

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

Aleksandr I. Bulgakov – Cand. Sci. (Technical), Assoc. Prof., Department of Construction structures and hydraulic engineering structures.

dgtu.pgs@mail.ruВишталовР. И.VishtalovR. I.

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Вишталов Раджаб Исабекович - кандидат технических наук, доцент, кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений.

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

Rajab I. Vishtalov – Cand. Sci. (Technical), Assoc. Prof., Department of Construction structures and hydraulic engineering structures.

dgtu.pgs@mail.ruМуселемовХ. М.MuselemovH. M.

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Муселемов Хайрулла Магомедмурадович - кандидат технических наук, доцент, кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений.

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

Hayrulla M. Muselemov – Cand. Sci. (Technical), Assoc. Prof., Department of Construction structures and hydraulic engineering structures.

hairulla213@mail.ruУстархановО. М.UstarkhanovO. M.

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Устарханов Осман Магомедович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных конструкций и гидротехнических сооружений.

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

Osman M. Ustarkhanov – Dr. Sci. (Technical), Prof., Department of Construction structures and hydraulic engineering structures.

dgtu.pgs@mail.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian Federation201817122018452191199Copyright © Булгаков А.И., Вишталов Р.И., Муселемов Х.М., Устарханов О.М., 20182018Булгаков А.И., Вишталов Р.И., Муселемов Х.М., Устарханов О.М.Bulgakov A.I., Vishtalov R.I., Muselemov H.M., Ustarkhanov O.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/552Цель

Цель. В данной статье рассматривается оценка возможности применения трехслойных трубопроводов. Для этого исследуется напряженно-деформированное состояние трехслойных труб при действии внутреннего давления. Самыми крупными в современном мире считаются магистральные трубопроводы. В основном их используют для транспортировки нефти и газа с мест добычи до перерабатывающих предприятий. Трубопроводы предназначены для перемещения жидкости, газов и других сред и, прежде всего, это водопроводы. Как известно, магистральные и технологические трубопроводы являются исключительно металлоемкими сооружениями, на строительство которых расходуются миллионы тонн стали. С другой стороны, одним из главных показателей экономичности магистральных трубопроводов является их расход материала. Магистральные трубопроводы, как правило, имеют большую протяженность, и поэтому необоснованное увеличение расчетной толщины стенок труб хотя бы на 1 мм приводит к перерасходу стали на десятки и даже сотни тысяч тонн. В связи с этим к расчетам магистральных трубопроводов на прочность должно уделяться самое серьезное внимание.

Метод

Метод. Расчет проводится численными методами, а именно с помощью метода конечных элементов (МКЭ), реализованного в ПК «ЛИРА».

Результат

Результат. Расчет труб выполнен на нагрузку от транспортируемой среды, приложенный к внутреннему контуру трубы. При этом для трехслойной трубы (первый вариант) и для труб второго и третьего вариантов, определялись кольцевые растягивающие напряжения и деформации. Приведены изополя растягивающих и касательных напряжений, построена сравнительная графическая зависимость кольцевых растягивающих напряжений.

Вывод

Вывод. Полученные численные результаты, показали, что выбранная расчетная схема (вар.1), то есть представление сплошностенчатого сечения трубы в виде трехслойной, является правильной. Расхождения между полученными данными связаны с поворотом сечения по радиусу трубы. В целом результаты расчетов показали возможность применения трехслойной стенки труб для транспортировки различных сред. Работа выполнена при финансовой поддержке грантом Президента Российской Федерации (МК-6112.2018.8).

Objectives This article discusses the evaluation of the possibility of application of three-layer pipelines. For this purpose, the stress-strain state of three-layer pipes under the action of internal pressure is investigated. The largest in the modern world are considered to be the main pipewater. They are mainly used to transport oil and gas from production sites to processing plants. Pipelines are intended for movement of liquid, gases and other environments and first of all it is water pipelines. As you know, main and technological pipelines are IP-elite club that cares only metal buildings, the construction of which consume Xia millions of tons of steel. On the other hand, one of the main indicators of efficiency of trunk pipelines is their material consumption. As a rule, trunk pipelines have a long length, and therefore an unreasonable increase in the even thickness of the pipe walls by at least 1 mm leads to an overspending of steel by de-siyatki and even hundreds of thousands of tons. In this regard, to the calculations of the main pipe wires for strength should be given the most serious attention.

Methods The calculation is carried out by numerical methods, namely with the help of finite element meto-da (FEM), implemented in the PC "LIRA".

Results The calculation of the pipes is performed on the load from the transported medium applied to the inner contour of the pipe. In this case, for the three-layer pipe (the first option) and for the pipes of the second and third options, the ring tensile stresses and strains were determined. The isofields of tensile and shear stresses are given, the comparative graphical dependence of ring tensile stresses is constructed.

Conclusion

Conclusion. The obtained numerical results showed that the selected calculation scheme (var.1), that is, the representation of the continuous section of the pipe in the form of a three-layer, is correct. The discrepancies between the data obtained are related to the rotation of the section along the radius of the pipe. In General, the results of calculations showed the possibility of using a three-layer pipe wall for transportation of various media.

Acknowledgment

Acknowledgment. This work was supported by a grant from the President of the Russian Federation (MK-6112.2018.8)

метод конечных элементовтрехслойные конструкциизаполнительнесущие слоитрубы различного диаметраfinite element methodthree-layer structuresfillerbearing layerspipes of different diametersReferencesА.Г.Камерштейн, В.В. Рождественский, М.Н. Ручимский – Расчет трубопроводов на прочность. Москва 1963.A.G.Kamershteyn, V.V. Rozhdestvenskiy, M.N. Ruchimskiy – Raschet truboprovodov na prochnost'. Moskva 1963..[ Kammerstein, A. G., V. V. Rozhdestvensky, M. N. Rucinski – Calculation of pipeline strength. Moscow 1963. (in Russ.)]Айнбиндер А.Б., Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. Справочное пособие. М.: Недра, 1982. - 341 с.Aynbinder A.B., Kamershteyn A.G. Raschet magistral'nykh truboprovodov na prochnost' i ustoychivost'. Spravochnoye posobiye. M.: Nedra, 1982. - 341 s. [Ainbinder A. B., Kamenstein A. G., Calculation of pipelines for othersstrength and stability. Reference book. M.: Nedra, 1982. - 341 p. (in Russ.)]Березина И.В., Самойлов Б.В. Особенности расчета профиля магистрального трубопровода большого диаметра. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1976, JS 10, с. 15-17.Berezina I.V., Samoylov B.V. Osobennosti rascheta profilya magistral'nogo truboprovoda bol'shogo diametra. Transport i khraneniye nefti i nefteproduktov, 1976, JS 10, s. 15-17. [Berezina I. V., Samoylov B. V., Features of calculation of the profile of the trunk pipelinelarge diameter wires. TRANS-176 port and storage of oil and oil products, 1976, JS 10, pp. 15-17. (in Russ.)]Бородавкин П.П., Синюков А.М. Прочность магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1984. - 245 с.Borodavkin P.P., Sinyukov A.M. Prochnost' magistral'nykh truboprovodov. M.: Nedra, 1984. - 245 s. [Borodavkin p. P., Sinyukov A. Strength of trunk pipelines. Mmm.: Nedra, 1984. - 245 p. (in Russ.)]Александров А. Я. Куршин Л. М. Трехслойные пластинки и оболочки. – В – кн.: Прочность, устойчивость, колебания. М.: Машиностроение, 1968, т. 2.Aleksandrov A. YA. Kurshin L. M. Trekhsloynyye plastinki i obolochki. – V– kn.: Prochnost', ustoychi-vost', kolebaniya. M.: Mashinostroyeniye, 1968, t.2. [Alexandrov A. Kurshin L. M. threeLayer plates and shells. - W-kN.: Strength, stability, vibrations. M.: Mashinostroenie, 1968, vol.2. (in Russ.)]Кобелев В.Н., Коварский Л.М., Тимофеев С.И. Расчет трехслойных конструкций. М.: Машиностроение, 1984.Kobelev V.N., Kovarskiy L.M., Timofeyev S.I. Raschet trekhsloynykh konstruktsiy. M.: Mashinostroye-niye, 1984. [Kobelev V. N., L. M. Kovarskii, and S. I. Timofeev, Calculation of sandwich structures. M.: Mechanical Engineering, 1984. (in Russ.)]Агапов В.П. Метод конечных элементов в статике, динамике, и устойчивости пространственных тонкостенных подкреплённых конструкций. Учебное пособие М.: Изд АСВ, 2000, 152 с.Agapov V.P. Metod konechnykh elementov v statike, dinamike, i ustoychivosti prostranstvennykh tonkostennykh podkreplonnykh konstruktsiy. Uchebnoye posobiye M.: Izd ASV, 2000, 152s. [Agapov V. P. finite element Method in statics, dynamics, and stability of Prostrange thin-walled reinforced structures. Textbook M.: ASV publishing house, 2000, 152с. (in Russ.)]Галлагер Р. Метод конечных элементов. М.: 1984г, 424с.Gallager R. Metod konechnykh elementov. M.: 1984g, 424s. [Gallagher R. finite element Method. M.: 1984, 424c. (in Russ.)]Городецкий А.С., Евзеров И.Д. Компьютерные модели конструкций. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов. 2009г, 360стр.Gorodetskiy A.S., Yevzerov I.D. Komp'yuternyye modeli konstruktsiy. M.: Izdatel'stvo Assotsiatsii stroitel'nykh vuzov. 2009g, 360str. [Gorodetskiy A. S., Evzerov I. D. Computer models of designs. M.: Publisher the Association of construction universities. 2009, 360 p. (in Russ.)]Рикардс Р.Б. Метод конечных элементов в теории оболочек и пластин. Рига: Зинатне, 1988, 284 с.Rikards R.B. Metod konechnykh elementov v teorii obolochek i plastin. Riga: Zinatne, 1988, 284 s. [Rickards R. B. the finite element Method in the theory of shells and plates. Riga: Znatne, 1988, 284 s. (in Russ.)]Стренг Г., Фикс Д. Теория метода конечных элементов. М.: 1977, 350 с.Streng G., Fiks D. Teoriya metoda konechnykh elementov. M.: 1977, 350s. [Strang G., Fix D. theory of the finite element method. M.: 1977, 350C. (in Russ.)]Устарханов О.М., Булгаков А.И., Муселемов Х.М., Устарханов Т.О. Журнал «Известия высших учебных заведений» «Технические науки». 2012, № 5. Расчет трехслойных балок с учетом клеевого шва по методу конечных элементов с помощью ПК ЛИРА.Ustarkhanov O.M., Bulgakov A.I., Muselemov KH.M., Ustarkhanov T.O. Zhurnal «Izvestiya vysshikh ucheb-nykh zavedeniy» «Tekhnicheskiye nauki». 2012, №5. Raschet trekhsloynykh balok s uchetom kleyevogo shva po metodu konechnykh elementov s pomoshch'yu PK LIRA. [Ustarhanov O. M., Bulgakov A. I., Muslimov H. M., T. O. Ustarhanov Journal "News of higher educational institutions "" Technical Sciences». 2012, № 5. Calculation of three-layer beams taking into account the adhesive seam method finite elements using PC LIRA. (in Russ.)]Квасов Ф.И., Фридляндер И.Н. Промышленные деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы. Справочное руководство. 1984, 528 с.Kvasov F.I., Fridlyander I.N. Promyshlennyye deformiruyemyye, spechennyye i liteynyye alyuminiyevyye splavy. Spravochnoye rukovodstvo. 1984, 528 s. [F. I. Kvasov, I. N. Fridlyander. Industrial deformable, sintered and whether aluminum alloys. Reference guide. 1984, 528 p. (in Russ.)]Квасов Ф.И., Фридляндер И.Н. Промышленные алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1984 г. 528 с.Kvasov F.I., Fridlyander I.N. Promyshlennyye alyuminiyevyye splavy. M.: Metallurgiya, 1984 g. 528 s. [F. I. Kvasov, I. N. Fridlyander. Industrial aluminum alloys. M.: Metallarge, 1984, 528 p.(in Russ.)]Сабоннадьер Ж.К., Кулон Ж.Л. Метод конечных элементов и САПР. М.: Мир, 1989, 190 с.Sabonnad'yer ZH.K., Kulon ZH.L. Metod konechnykh elementov i SAPR. M.: Mir, 1989, 190 s. [Sabandar J. C., Coulomb J. L., finite element Method and CAD. M.: Mir, 1989, 190C. (in Russ.)]Розин Л.А. Метод конечных элементов в применении к упругим системам. М.: Стройиздат, 1977, 132 с.Rozin L.A. Metod konechnykh elementov v primenenii k uprugim sistemam. M.: Stroyizdat, 1977, 132 s. [L. A. Rozin, the finite element Method applied to elastic systems. Mmm.: Stroyizdat, 1977, 132 s. (inRuss.)]Штамм К., Витте Г. Многослойные конструкции: пер. с нем. М.: Стройиздат, 1983. 300 с.Shtamm K., Vitte G. Mnogosloynyye konstruktsii: per. s nem. M.: Stroyizdat, 1983. 300 s. [Strain K., Witte G. Multilayer structures: lane with it. M.: Stroyizdat, 1983. 300 c. (in Russ.)]Устарханов О.М., Булгаков А.И., Гаджиев М.Д. Совершенствование моделей расчета трехслойных конструкций // Тезисы докладов XXII научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ. Махачкала, 1999. С. 52-54.Ustarkhanov O.M., Bulgakov A.I., Gadzhiyev M.D. Sovershenstvovaniye modeley rascheta trekhsloynykh konstruktsiy// Tezisy dokladov XXII nauchno-tekhnicheskoy konferentsii prepodavateley, sotrudnikov, aspirantov i studentov DGTU. Makhachkala, 1999. S. 52-54. [Ustarkhanov O. M., Bulgakov A. I., Gadzhiev M. D. improvement of the models of TA three-layer structures // Abstracts of XXII scientific and technical conference rations of teachers, employees, postgraduates and students of DSTU. Makhachkala, 1999. P. 52-54. (in Russ.)]Хэбип JI.M. Обзор современного состояния исследований по трехслойным конструкциям Механика.: Периодич. сб. переводов иностранных статей. - 1996. Т. 96, № 2. - С. 119-130.Khebip JI.M. Obzor sovremennogo sostoyaniya issledovaniy po trekhsloynym konstruktsiyam // Mekhanika.: Periodich. sb. perevodov inostrannykh statey. - 1996. T. 96, № 2. - S. 119-130. [Habib JI.M. a review of the current state of research on three-layer con structures // Mechanics.: Periodic. collection of translations of foreign articles. - 1996. Vol. 96, № 2. - P. 119-130. (in Russ.)]Пелех Б.Л., Лазько В.А. Слоистые анизотропные пластины и оболочки с концентратами напряжений. Киев: Наук. Думка, 1982, 295 с.Pelekh B.L., Laz'ko V.A. Sloistyye anizotropnyye plastiny i obolochki s kontsentratami napryazheniy. Kiyev: Nauk. Dumka, 1982,295 s. [Peleh, B. L., lazko, V., Laminates, anisotropic plates and shells, L. Tami tensions. Kiev: Sciences. Dumka, S. 1982,295(in Russ.)]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.