ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ НАКЛАДОК НА ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА

В данной работе проведено численное исследование типового участка магистрального надземного газопровода усиленными композитными накладками, установленными на опоры на предмет анализа частот колебаний. Исследование проведено методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS Workbench. В исследовании в качестве нагрузки рассмотрены случаи с внутренним рабочим и критическим давлением. Результат исследования показал, что в вариации установки композитных накладок при условии критического давления первые 11 частот колебаний показали более низкое значение, а начиная с 12 частоты более низкие значения показали в условиях рабочего давления. Вместе с тем в условиях рабочего давления расположение композитной накладки в вариации между опорами 2 и 3, а также в вариации между опорами 3 и 4 показало одинаковые результаты, то есть изменение происходило только в 1, 4 и 5 формах. В вариации, когда накладка установлена между опорами 1 и 2, изменению подверглись 1, 3 и 5 формы. В условиях критического давления расположение композитной накладки в вариации между опорами 2 и 3, а также в вариации между опорами 1 и 5 показало одинаковые результаты, то есть изменение происходило в 1, 2 и 5 формах. В вариации, когда накладка установлена между опорами 3 и 4, изменению подверглись 1, 3 и 5 формы. При сравнении всех трех случаев было установлено, что значение частот колебаний при установке композитных накладок посередине в большинстве случаев превышает, то есть из перечисленных двадцати частот в 60–70% показатель частот больше относительно других двух случаев. Таким образом, полученные результаты исследований можно использовать для выбора места расположения накладки из углепластика для бандажирования газопроводов в условиях региона с сейсмической активностью.

1. Официальный сайт АО «Интергаз Центральная Азия». URL: https://intergas.kz/ru (дата обращения: 24.08.2024).

2. Официальный сайт ТОО «Азиатский Газопровод». URL: https://qsamruk.kz/company/agp (дата обращения: 24.08.2024.)

3. Официальный сайт газопровод «Бейнеу-Бозой-Шымкент». URL: https://bsgp.kz (дата обращения: 24.08.2024.).

4. Официальный сайт национальной компании АО «QazaqGaz». URL: https://qazaqgaz.kz (дата обращения: 24.08.2024

5. Официальный сайт национальной компании АО «КазМұнайГаз». URL: https://www.kmg.kz/ru (дата обращения: 24.08.2024).

6. СП РК 2.04-01-2017. Строительная климатология. Свод правил Республики Казахстан. – Астана, 2017. – 43 с. URL: https://online.zakon.kz/m/document/?doc_id=37599018 (дата обращения: 24.08.2024)

7. Zona. kz. URL: https://zonakz.net/2021/03/12/iznos-kazaxstanskix-gazoprovodov-sostavlyaetbolee-70/ (дата обращения: 24.08.2024).

8. Zhangabay N., Ibraimova U., Suleimenov U., et al. Factors affecting extended avalanche destructions on long-distance gas pipe lines: Review // Case Studies in Construction Materials. – 2023. – No.19. – e02376. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02376

9. Moldagaliyev A., Zhangabay N., Suleimenov U., Avramov K., Raimberdiyev T., Chernobryvko M., Umbitaliyev A., Jumabayev A., Yeshimbetov S. Deformation features of trunk pipelines with composite linings under static loads // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2023. – Vol. 5. – No. 7(125). – P. 34–42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.287025

10. In the West Kazakhstan Region, a worker was killed as a result of a gas pipeline rupture. URL: https://www.kt.kz/rus/incidents/v_zko_v_rezuljtate_razriva_gazoprovoda_pogib_rabochij_1153537406.html (accessed: 30.08.2024).

11. Gas Line Explodes in Nigeria, Killing at Least 260 // The New York Times, 2006. URL: https://www.nytimes.com/2006/12/27/world/africa/27nigeria.html (accessed: 30.08.2024)

12. Natural gas explosion kills nearly 300 at Texas school, History. 13 November 2009. URL: https://www.history.com/this-day-in-history/natural-gas-explosion-kills-schoolchildren-in-texas (accessed: 2808.2024)

13. 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

14. Suleimenov U., Zhangabay N., Utelbayeva A., Mohamad N., Moldagaliyev A., Abshenov K., Buganova S., Daurbekova S., Ibragimova Z., Dosmakanbetova A. Determining the features of oscillations in prestressed pipelines // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2021. – Vol. 6. – No. 7/114. – P. 85–92. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246751

15. Suleimenov U., Zhangabay N., Utelbayeva A., Masrah A.A.M., Dosmakanbetova A., Abshenov Kh., Buganova S., Moldagaliyev A., Imanaliyev K., Duissenbekov B. Estimation of the strength of vertical cylindrical liquid storage tanks with dents in the wall // Eastern – European Journal of enterprise technologies. – 2022. – Vol. 1. – No.7/115. – P. 6–20. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252599

16. Zhangabay N., Sapargaliyeva B., Suleimenov U., Abshenov K., Utelbayeva A., Kolesnikov A., Baibolov, K., Fediuk R., Arinova D., Duissenbekov B. Analysis of Stress-Strain State for a Cylindrical Tank Wall Defected Zone // Materials. – 2022. –Vol. 15. – No. 16. – P. 5732. https://doi.org/10.3390/ma15165732

17. Suleimenov U., Zhangabay N., Abshenov K., Utelbayeva A., Imanaliyev K., Mussayeva S., Moldagaliyev A., Yermakhanov M., Raikhanova G. Estimating of the stress-strain state of the vertical mounting joint of the cylindrical tank wall taking into account imperfections // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. –2022. – Vol. 3. – No. 7 (117). – P. 14–21. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.258118

18. Zhangabay N., Suleimenov U., Utelbayeva A., Kolesnikov A., Baibolov K., Imanaliyev K., Moldagaliyev A., Karshyga G., Duissenbekov B., Fediuk R., Amran M. Analysis of a stress-strain state of a cylindrical tank wall vertical field joint zone // Buildings. – 2022. – Vol. 12. – P. 1445. https://doi.org/10.3390/buildings120914445

19. Reis J.M.L. et al. Strength of dissimilar adhesively bonded DCB joints and its connection with the failure pressure of composite repair systems // Composite Structures. – 2023. – Vol. 304. – P. 116441. https:// doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116441

20. Kiswendsida J., Huang Q. Probabilistic burst pressure prediction model for pipelines with single crack-like defect // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2024. – Vol. 207. – P. 105084. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2023.105084

21. Jiang S., Li Y. Dynamic reliability assessment of multi-cracked structure under fatigue loading via multi-state physics model // Reliability Engineering & System Safety. – 2021. – Vol. 213. – P. 107664. https:// doi.org/10.1016/j.ress.2021.107664

22. Mondal Ch., Sutra Dhar A. Burst pressure assessment of corroded pipelines using fracture mechanics criterion // Engineering Failure Analysis. – 2019. – Vol. 104. – P. 139–153. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.05.033

23. Xie M., Wang Y., Zhao J., Pei X., Zhang T. Prediction of pipeline fatigue crack propagation under rockfall impact based on multilayer perceptron // Reliability Engineering & System Safety. – 2024. – Vol. 242. – P. 109772. https://doi.org/10.1016/j.ress.2023.109772

24. Zhang D., Zhu H., Zhang C., Wang J., Guo H. Crack initiation and propagation of defects adjacent to the X65 pipeline spiral weld under axial tensile force // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2022. – Vol. 200. – P. 104814. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2022.104814

25. Hossain A., Sutra Dhar A. Stress intensity factors for external corrosions and cracking of buried cast iron pipes // Engineering Fracture Mechanics. – 2021. – Vol. 250. – P. 107778. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.107778

26. Wang W., Zhou A., Fu G., Li Ch., Robert D., Mahmoodian M. Evaluation of stress intensity factor for cast iron pipes with sharp corrosion pits // Engineering Failure Analysis. – 2017. – Vol. 81. – P. 254–269. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2017.06.026

27. Okodi A., Lin M., Yoosef-Ghodsi N., Kainat M., Hassanien Sh., 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

28. Ameli I., Asgarian B., Lin M., Agbo S., Cheng R., Duan D., Adeeb S. Estimation of the CTODcrack growth curves in SENT specimens using the eXtended finite element method // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2019. – Vol. 169. – P. 16–25. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2018.11.008

29. Parool N., Qian X., Koh C. A modified hybrid method to estimate fracture resistance curve for pipes with a circumferential surface crack // Engineering Fracture Mechanics. – 2018. – Vol. 188. – P. 1–19. https:// doi.org/10.1016/j.engfracmech.2017.05.046

30. Xu J., Zhang Z., Østby E., Nyhus B., Sun D. Constraint effect on the ductile crack growth resistance of circumferentially cracked pipes // Engineering Fracture Mechanics. – 2010. – Vol. 77. – P. 671–684. https:// doi.org/10.1016/j.engfracmech.2009.11.005

31. СП РК EN 1998-4:2006/2012. Проектирование сейсмостойких конструкций. Ч. 4. Бункеры, резервуары и трубопроводы. – 2012 (дата обращения: 29.08.2024).

32. СП РК EN 1993-4-3-2007-2011. Проектирование стальных конструкций. Ч. 4-3. Трубопроводы (дата обращения: 27.08.2024).

33. Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Part 4: Silos, tanks, and pipelines. – 2006 (accessed: 25.08.2024).

34. Eurocode 3: Design of steel structures. Part 4: Silos, tanks, and pipelines. – 2005 (accessed: 26.08.2024).

35. API Specification 5L. 46th ed. Washington DC: American Petroleum Institute, 2018 (accessed: 24.08.2024).

36. ANSI/ASME B31G–1984. Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines. New York: ASME (accessed: 30.08.2024).

37. ANSI/ASME B31.8–73. Gas Transmission and Distribution Piping Systems (accessed: 27.08.2024).

38. Moldagaliyev A., Zhangabay N., Bonopera M., Raimberdiyev T., Yeshimbetov S., Galymzhan S., Anarbayev Y. Finite-element analysis of oscillations in damaged pipeline sections reinforced with a composite material // Modelling and Simulation in Engineering. – 2024. – Article ID 2827002. – 15 p. https://doi.org/10.1155/2024/2827002

39. ГОСТ 14959–2016. Металлопродукция из рессорно-пружинной нелегированной и легированной стали. Технические условия. – М., 2016. – 32 с. (дата обращения: 30.08.2024).

40. ANSYS 19.2 delivers faster problem-solving capabilities across entire portfolio. – 2018 (accessed: 30.08.2024).

41. Hallquist J.O. LS-DYNA Theory Manual. Livermore: Livermore Software Technology Corporation (LSTC), 2006. – 680 p. (accessed: 24.08.2024).

42. Barbero E.J. Finite Element Analysis of Composite Materials Using ANSYS. CRC Press, 2013. – 366 p. https://doi.org/10.1201/b16295 (accessed: 30.08.2024).