ГАЗ ҚҰБЫРЛАРЫ ҚИРАҒАН ЖАҒДАЙДА ПАЙДА БОЛАТЫН ГАЗДИНАМИКАЛЫҚ ҮРДІСТЕР МЕН ОЛАРДЫ ТАЛДАУ ӘДІСТЕРІ

Газдинамикалық қысымның әсерінен жарылған магистральдық болат газ құбырының белгілі бір аймақтарындағы динамикалық қирау үрдісі қарастырылды. Қысымның әсерінен газ ағыны күшейіп, көп мөлшерде болуына байланысты жарықшаның жылдам таралатыны зерттелді. Газдың қозғалысынан туындаған магистральдық жарықшаның қозғалыс үрдісі модельденді. Бұл үрдістің математикалық моделі құбырдағы газдинамикалық үрдістердің моделін және құбырдың жарылған бөлігінің жоғары жылдамдықты деформациясы мен бұзылуының моделін қамтиды. Газдинамикалық үрдістердің аналитикалық моделі ұсынылып, бұл құбырдың ішкі бетіне және жарықша жағалауына қысым динамикасын төмендетуді модельдеуге мүмкіндік береді. Қысымның динамикалық өзгеруі құбырдың локализацияланған бөлігіндегі жарықша маңындағы газдың декомпрессиясына негізделген. Модель құбырдың жарылған бөлігінің бойлық координатасы бойынша құбырдағы газ қысымының өзгеруін ескереді. Жарықша арқылы газ ағып жатқан кезде газдинамикалық қысымды есептеудің сандық процедурасы қарастырылады. Жарықша арқылы газ ағу кезіндегі газдинамикалық қысымды есептеудің сандық процедурасы зерттелді. Бұл сандық процедураның нәтижесі жарылған жиектердегі қысымды анықтауға мүмкіндік береді. Құбырдағы жарықшаның тара луына әсер ететін критикалық қысымды болжау үшін қирау механикасының әдістерін қолданатын аналитикалық модель ұсынылды. Модель тәжірибелік деректермен тексерілген және құбырдың тұтастығын жылдам бағалауға қызмет етеді. Бұл аналитикалық тәсіл материалдың қасиеттеріне, жарықша геометриясына және құбыр өлшемдеріне негізделген құбырдың қирау мүмкіндігін болжау үшін қолданылады. Оны алдын ала бағалау есептеулері үшін пайдалануға болады. Құбырдың серпімді емес динамикалық қирауын талдаудың сандық-аналитикалық әдісі қарастырылған. Ол жарықша шыңының ашылу бұрышының ша масын талдауға негізделген. Пластикалық деформацияны ескере отырып, жарықша аймағындағы кернеу жағдайын талдаудың сандық әдісі де қарастырылады. Ұсынылған модельдер сандық әдістермен жарықшалардың даму динамикасын және қысымның магистральдық газ құбырларына әсерін талдау нәтижесі жиі қирайтын.

1. Отчет национального оператора АО Qazaqgaz за 2021 г. URL: https://qazaqgaz.kz/ru/otchety

2. 11th Report of the European Gas Pipeline Incident Data Group (period 1970–2019) December 2020. URL:https://www.egig.eu/reports

3. UKOPA Pipeline Product Loss Incidents and Faults Report (1962–2020). Report Reference: February 2020. URL: https://www.ukopa.co.uk/published-documents/ukopa-reports/

4. PHMSA. Pipelines and Hazardous Materials Safety Administration. Pipeline Incident 20 Year Trends. URL: https://www.phmsa.dot.gov/data-and-statistics/pipeline/pipeline-incident-20-year-trends

5. Годовой отчет АО «ИнтергазЦентральнаяАзия» за 2019 г. – Нур-Султан. – 2020. – 78 с. URL: https://intergas.kz/ru/reports/88

6. URL:https://zonakz.net/2021/03/12/iznos-kazaxstanskix-gazoprovodov-sostavlyaet-bolee-70/

7. Пестриков В.М., Морозов Е.М. Механика разрушения. – 2002. – Санкт-Петербург. [PDF file]. Retrieved from: https://studfile.net/preview/2264467/

8. Ibraimova U. et al. Development of method for calculation of pre-strained steel cylindrical sheaths in view of the winding angle, pitch and thickness // Case Studies in Construction Materials. – 2023. – Vol. 19, e02233. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02233

9. O’Donoghue. P.E., Green S.T., Kanninen M.F., Bowles P.K. The development of a fluid/structure interaction model for flawed fluid containment boundaries with applications to gas transmission and distribution piping // Computers and Structures. – 1991. – Vol. 38. – P. 501–513. https://doi.org/10.1016/0045-7949(91)90002-4.

10. O’Donoghue P.E., Kanninen M.F., Leung C.P., Demofonti G., Venzi S. The development and validation of a dynamic fracture propagation model for gas transmission pipelines // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 1997. – Vol. 70. – P. 11–25. https://doi.org/10.1016/S0308-0161(96)00012-9.

11. Berardo G., Salvini P. On longitudinal propagation of a ductile fracture in a buried gas pipeline: numerical and experimental analysis. In: Proceedings of the 2000 3rd international pipeline conference, Calgary, Canada. – 2000. https://www.researchgate.net/publication/313743175_On_longitudinal_propagation_of_a_ductile_fracture_in_a_buried_gas_pipeline_numerical_and_experimental_analysis

12. Shuai J., Zhang H., Wang Y.G., Dai S.L. Research advance of dynamic crack propagation and arrest techniques for gas transmission pipeline. Journal of the university of petroleum, China. – 2004. – Vol. 28(3). – P. 129–135. [PDF file]. https://www.researchgate.net/publication/287616844_Research_advance_of_dynamic_crack_propagation_and_arrest_techniques_for_gas_transmission_pipeline.

13. Nordhagen H.O., Kragset S., Berstad T., Morin A., Dørum S.T. A new coupled fluid–structure modeling methodology for running ductile fracture // Computers & Structures. – 2012. – Vol. 94–95. – P. 13–21. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2012.01.004.

14. Okodi A., Lin M., Yoosef-Ghodsi N., Kainat M., Hassanien S., Adeeb S. Crack propagation and burst pressure of longitudinally cracked pipelines using extended finite element method // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2020. – Vol. 184. – P. 104115. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2020.104115.

15. Fries T.P., Belytschko T. The extended/generalised finite element method: an overview of the method and its applications // Int. J. Numer. Methods Eng. – 2010. – Vol. 84. – Issue 3. – P. 253 – 304. https://doi.org/10.1002/nme.2914.

16. Melenk J.M., Babuska I. The Partition of Unity Finite Element Method: Basic Theory and Applications // Computer methods in Applied Mechanics and Engineering. – 1996. – Vol. 139. – P. 289–314. [PDF file]. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(96)01087-0.

17. Moes N., Dolbow J., Belytschko T. A finite element method for crack growth without remeshing // Int. J. Numer. Methods Eng. – 1999. – Vol. 46. – P. 131–150. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0207(19990910)46:13.0.CO;2-J.

18. Yan Z., Zhang S., Zhou W. Model error assessment of burst capacity models for energy pipelines containing surface cracks. International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2014. – P. 80–93. [PDF file]. https://www.academia.edu/29425274/Model_error_assessment_of_burst_capacity_models_for_energy_pipelines_containing_surface_cracks.

19. Zhu X.K. Review of fracture control technology for gas transmission pipelines. Proceedings of the 10th International Pipeline Conference. https://doi.org/10.1115/IPC2014-33121

20. Di Biagio M., Demofonti G., Mannucci G., Iob F., Spinelli C.M., Schmidt T. Development of a reliable model for evaluating the ductile fracture propagation resistance for high grade steel pipelines. Proceedings of the 2012 9th International Pipeline Conference, IPC2012, September 24-28, Calgary, Alberta, Canada. – 2012. https://doi.org/10.1115/IPC2012-90614.

21. Yang X.B., Zhuang Z., You X.C., Feng Y.R., Huo C.Y., Zhuang C.J. Dynamic fracture study by an experiment/simulation method for rich gas transmission X80 steel pipelines. Engineering Fracture Mechanics. – 2008. – Vol. 75. – P. 5018–5028. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2008.06.032.

22. Berstad T., Dorum C., Jakoben J.P., Kragset S., Li H. et.al. CO2 pipeline interity: A new evalution methodology / Energy Procedia. – 2010. – Vol. 4. – P. 3000–3007. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.02.210

23. Zhuang Z., O’donoghue P.E. The recent development of analysis methodology for rapid crack propagation and arrest in gas pipelines // International Journal of Fracture. – 2000. – Vol. 101. – P. 269–290. https://doi.org/10.1023/A:1007614308834

24. Zhangabay N. et al. Factor affecting extended avalanche destructions on long-distance gas pipe lines: Review / Case Studies in Construction Materials. – 2023. – Vol. 19. – P. e02376. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02376.

25. Fengping Y., Chunyong H., Jinheng L., He L.I., Yang L.I. Crack Propagation and Arrest Simulation of X90 Gas Pipe // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2017. – Vol. 149. – P. 120–131. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2016.12.005.

26. Makino H., Sugie T., Watanabe H., Kubo T., Shiwaku, T., End, S. Inoue T., Kawaguchi, Y., Matsumoto Y., Machida S. Natural Gas Decompression Behavior in High Pressure Pipelines. ISIJ International. – 2001. – Vol. 4. – P. 389–395. https://doi.org/10.2355/isijinternational.41.389.

27. ANSYS Learning–Thermal Convection in Heat Transfer–Assess Mode. Available online: https://courses.ansys.com/index.php/courses/thermal-convection-in-heat-transfer/

28. Jingshan T., Guanghua G., Yuping L. Chemical engineering thermodynamics. Beijing: Tsinghua University Press. – 1995. https://chemicalpdf.com/category/chemical-engineering-thermodynamics/.

29. Starling K. Fluid thermodynamic properties for light petroleum system. Houston. Gulf Publishing Company. – 1973. [Cited November 25, 2023]. https://books.google.ru/books/about/Fluid_Thermodynamic_ Properties_for_Light.html?hl=ru&id=YXMvAQAAIAAJ&redir_esc=y.

30. Oikonomidis F., Shterenlikht A., Truman C.E. Prediction of crack propagation and arrest in X100 natural gas transmission pipelines with a strain rate dependent damage model (SRDD). Part 2: Large scale pipe models with gas depressurization // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2014. – Vol.105. – P. 60–68. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2013.03.003

31. Kiefner J.F., Maxey W.A., Eiber R.J., Duffy A.R. Failure Stress Levels of Flaws in Pressurized Cylinders. American Society of Testing and Materials Report. – 1973. – P. 536, 461–481. https://doi.org/10.1520/STP49657S.

32. Zhang X., Lin M., Okodi A., Tan L., Leung J.Y. & Adeeb S. Numerical Analysis of API 5 L X42 and X52 Vintage Pipes With Cracks in Corrosion Defects Using Extended Finite Element Method // Journal of Pressure Vessel Technology. – 2021. – Vol. 143(6). – P. 061302. https://doi.org/10.1115/1.4050988

33. ASME Fitness-For-Service, API Recommended Practice 579-1/ASME FFS-1 2007, second ed. The American Society of Mechanical Engineers, New York, USA. – 2007. https://www.yumpu.com/en/document/view/26949457/fitness-for-service/1025.

34. B.S.I. BS7910. Guide to Methods for Assessing the Acceptability of Flaws in Metallic Structure, British standards institution, London, UK. – 2005. https://www.academia.edu/33758342/Guide_to_methods_for_assessing_the_acceptability_of_flaws_in_metallic_structures.

35. Zhang Z., Xu J., Nyhus B., Østby E. SENT (single edge notch tension) methodology for pipeline applications, in: Proceedings of the 18th European Conference on Fracture, Dresden, Germany. – 2010. https:// folk.ntnu.no/zhiliang/Zhiliangs-Papers-in-PDF-format/ZZ-C070-2010-ECF18-SENT%20Methodology%20 for%20pipeline%20applications.pdf.

36. Schwalbe K.H., Scheider I., Cornec A. The SIAM Method for Applying Cohesive Models to the Damage Behavior of Engineering Materials and Structures, GKSS 2009/1, ISSN 0344-9629. https://www.hereon.de/imperia/md/content/hzg/zentrale_einrichtungen/bibliothek/berichte/2009/gkss_2009_1.pdf

37. Li H., Chandra N. Analysis of crack growth and crack-tip plasticity in ductile materials using cohesive zone models // Int. J. Plast. – 2003. – Vol. 19. – 849–882. [Cited November 25, 2023] URL: https://researchwith.njit.edu/en/publications/analysis-of-crack-growth-and-crack-tip-plasticity-in-ductile-mate.

38. Hallquist J.O. LS-DYNA Theory manual. Livermore Software Technology Corporation (LSTC), Livermore, California 94551. – 2006. – P. 680 [Cited November 25, 2023] URL: https://www.academia.edu/23076592/LS_DYNA_Theory_Manual_LIVERMORE_SOFTWARE_TECHNOLOGY_CORPORATION_LSTC