Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Численное моделирование нелинейной динамики криволинейных трубопроводов с жидкостью

Диссертация: Численное моделирование нелинейной динамики криволинейных трубопроводов с жидкостью
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Настоящая диссертационная работа посвящена развитию математических и численных моделей, разработке методики и программного обеспечения для расчета динамического деформирования криволинейных трубопроводов с жидкостью с учетом больших перемещений и необратимых деформаций трубопровода, нелинейных волновых процессов в жидкости, эффектов взаимного влияния деформационных и гидродинамических процессов… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Проблемы численного моделирования динамики 7 трубопроводов с жидкостью
    • 1. 2. Численные методы решения нестационарных задач 12 динамического деформирования трубопроводов с жидкостью
    • 1. 3. Цели диссертационной работы
  • Глава 2. МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НЕЛИНЕЙНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПЛОСКОКРИВОЛИНЕЙНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ЖИДКОСТЬЮ
    • 2. 1. Определяющая система уравнений
      • 2. 1. 1. Система уравнений движения трубопровода
      • 2. 1. 2. Система уравнений, описывающая нестационарное 22 поведение жидкости
      • 2. 1. 3. Силы действующие на трубопровод со стороны 24 жидкости
      • 2. 1. 4. Характеристика полученной модели плоско — 25 криволинейных трубопроводов с жидкостью
    • 2. 2. Численные схемы решения задач
      • 2. 2. 1. Численная методика решения задач нелинейного 27 деформирования плоско-криволинейных трубопроводов с жидкостью
      • 2. 2. 2. Численная методика определения предварительного 30 статического напряженно-деформированного состояния трубопровода
  • Программная реализация численного решения задач 32 нелинейной динамики трубопроводов с жидкостью
  • Глава 3.
  • Глава 4.
    • 4.
    • 4.
    • 4.
    • 4.
    • 4.
    • 4.
    • 4.
    • 4.
  • КОНЕЧНО — ЭЛЕМЕНТНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА 3 5 НЕЛИНЕЙНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО — КРИВОЛИНЕЙНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ЖИДКОСТЬЮ
  • РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИССЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 43 НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ЖИДКОСТЬЮ
  • Тестирование методики решения задач динамики трубопроводов
  • Решение задачи колебания линейного трубопровода 43 без жидкости под действием нормальной распределенной силы
  • Тестирование процедуры определения предварительного статического напряженно -деформированного состояния
  • Сравнение численного решения задачи динамики трубопровода с результатами эксперимента. Динамическое деформирование трубопровода со стационарным потоком жидкости
  • Гидроупругосвязанные трубопроводы с жидкостью
  • Истечение парожидкостной смеси из трубопровода
  • Численное исследование взаимного влияния деформационных и гидродинамических процессов
  • Решение прикладных задач
  • Задача метания участка поврежденного газопровода
  • Движение трубопровода АЭС при разрыве в 68 поперечном сечении

Численное моделирование нелинейной динамики криволинейных трубопроводов с жидкостью (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Трубопровод с протекающей под давлением жидкостью является элементом конструкций многих систем. Их используют в объектах атомной энергетики, в авиастроении, нефтегазовой промышленности, в объектах химического производства, в системах водоснабжения жилых зданий и в огромном ряде других объектов окружающих человека.

При проектировании несущих и защитных конструкций различного назначения, центральная роль отводится обеспечению прочности объектов в аварийных ситуациях.

В случае разрушения трубопровода высокого давления, разгерметизации соединения или разрыва трубы в местах крепления, последствия таких аварий могут привести к существенным материальным потерям, а также к человеческим жертвам и экологическим катастрофам. В виду тяжелых экономических и экологических последствий от возможных аварий, к прочности разрабатываемых конструкций и к входящим в их состав системам трубопроводов предъявляются повышенные требования. В большинстве случаев, натурные испытания трубопроводов с жидкостью, вплоть до разрушающих нагружений, не всегда возможны или затруднены в виду большой их стоимости. В этих условиях, математическое моделирование динамики трубопроводных систем с жидкостью становится особенно актуальным.

Сложность математического моделирования динамического поведения трубопроводов в аварийных ситуациях обусловлена следующими факторами:

1) взаимным влиянием параметров деформирования трубопровода и протекающей по нему жидкости;

2) нестационарными, нелинейными волновыми процессами в жидкости;

3)большими перемещениями осевой линии и необратимыми деформациями трубы.

Решение таких задач стало возможным только благодаря применению численных методов и современной вычислительной техники.

Настоящая диссертационная работа посвящена развитию математических и численных моделей, разработке методики и программного обеспечения для расчета динамического деформирования криволинейных трубопроводов с жидкостью с учетом больших перемещений и необратимых деформаций трубопровода, нелинейных волновых процессов в жидкости, эффектов взаимного влияния деформационных и гидродинамических процессов. В диссертации проводится решение тестовых задач, исследование эффектов взаимного влияния деформационных и гидродинамических процессов, решение прикладных задач.

Структура диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Разработаны математические модели и методики численного решения геометрически и физически нелинейных задач нестационарной динамики криволинейных трубопроводов с протекающей жидкостью. В моделях учитываются:

— взаимосвязанность деформационных и гидродинамических процессов;

— большие перемещения и необратимые деформации трубопровода;

— предварительное статическое напряженно — деформированное состояние, получаемое методом установления;

— силы Кориолиса при движении жидкости в подвижном криволинейном трубопроводе;

— фазовые переходы в жидкости и образование парожидкостной смеси.

2. Разработан пакет прикладных программ «PIPE» для решения двумерных нелинейных задач деформирования гидроупругосвязанных трубопроводов. Разработаны программные модули и модернизирована информационная структура ППП «Динамика-3», позволяющие решать нелинейные задачи динамики пространственно-криволинейных трубопроводов с протекающей жидкостью.

3. На задаче разрыва по полному сечению трубопровода высокого давления проведены численные исследования влияния нестационарности.

73 потока жидкости, предварительного статического НДС, силы Кориолиса, виляния связанности деформационных и гидродинамических процессов на динамику трубопровода с жидкостью.

Таким образом, разработана методика и программы, которые могут быть использованы при проектировании и экспериментальной отработке конструкций трубопроводов различного назначения. Применение предлагаемой методики позволит повысить уровень обоснованности конструкторских решений и тем самым безопасность разрабатываемых систем.

Работа проводилась согласно тематического плана госбюджетных и хоздоговорных НИР НИИ механики, в том числе в соответствии с программой поддержки ведущих научных школ России (грант РФФИ 9615−98 156), грантом РФФИ № 99−01−132, грантами Минобразования РФ по разделам «Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды и экологии человека» и «Фундаментальные исследования в области энергетики и электротехники» .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. H.A., Баженов В. Г. Об одном методе решения нелинейных задач динамики оболочек в уточненной постановке. // Прикладные проблемы прочности и пластичности: Всесоюзный межвузовский сборник Горьк. ун-т., 1975, вып.1, С. 58−66.
  2. Баженов В. Г, Егунов Ю. В., Кочетков A.B., Фельдгун В. Р. Моделирование нелинейной динамики трубопровода высокого давления при поперечном разрыве // Проблемы машиностроения и надежности машин., 1997, № 3, С. 58−65.
  3. В.Г. и др. Пакет прикладных программ «Динамика-2»// Прикладные проблемы прочности и пластичности. Алгоритмизация и автоматизация исследований: Всесоюз. межвуз. сб. / Горьк. ун-т, Горький, 1987. С. 4−13.
  4. В.Г. Нелинейные задачи динамики тонкостенных конструкций при импульсных воздействиях // Прикл. пробл. прочности и пластичности: Всесоюз. межвуз. сб. /Горьк. ун-т. 1981. Вып.18. С. 57−66.
  5. В.Г. Численное исследование нестационарных процессов деформации упругопластических оболочек // Проблемы прочности. 1984. № 11. С. 51−54.
  6. В.Г., Кибец А.И, Кибец Ю. И. Расчет нестационарного упругопластического деформирования стержней. // Прикл. пробл. Прочности и пластичности. 1998. Вып.58. С.122−128.
  7. В.Г., Кибец А. И. Чиссленное моделирование трехмерных задач нестационарного деформирования упругопластических конструкций методом конечных элементов // Изв.РАН.МТТ. 1994.№ 1. С.52−59.
  8. В.Г., Кибец А. И., Кибец Ю. И. Программный комплекс «Динамика 3». Конечно — элементный анализ нестационарного деформирования составных конструкций. // Труды 33 международного симпозиума «Актуальные проблемы прочности». Новгород, 1997.
  9. В.Г., Михайлов Г. С. Об одном методе решения задач статики и динамики осесимметричных упругопластических оболочек с учетом больших прогибов и сложного неизотермического нагружения. // Учен. Зап., Горьк. Ун-т Сер. Мех., 1970, вып. 108.
  10. В.Г., Чекмарев Д. Т. Вариационно-разностные схемы в нестационарных волновых задачах динамики пластин и оболочек. -Н.Новгород: Изд-во Нижегородского ун-та, 1992.
  11. A.M., Духовный И. А., Пашков И. А., Трояновский И. Е. Движение трубопровода АЭС при обрыве в поперечном сечении // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1993. № 1. С. 80−85.
  12. А.Н., Шульман С. Г. Прочность и надежность конструкций АЭС при особых динамических воздействиях. -М: Энергоатомиздат, 1989.
  13. С.И., Журавлева A.M., Ингульцев C.B. Расчет вынужденных колебаний пространственных трубопроводных систем. Динамика и прочность машин. Респ. межвед. Тем. сб., 1979, вып.30.
  14. Г. П. Усилия в длинном отводе, содержащем пульсирующий поток. // Вибрация технологических трубопроводов на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях. М.: ЦНИИТЭ нефтехимия, 1970, С. 99 103.
  15. Г. П., Козобков A.A. Реактивные усилия в трубопроводных системах с пульсирующим потоком. // Вибрация технологических трубопроводов на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях. М.: ЦНИИТЭ нефтехимия, 1970, С. 61 64.
  16. К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. М.: Мир, 1987.
  17. В.И., Шульман С. Г. Расчет трубопроводов АЭС на сейсмическое воздействие. // Изв. ВНИИГ им Веденеева, т. 118. Сейсмостойкость ГЭС, Тэс, АЭС. Изд. Энергия, 1977.
  18. В.Г., Грудев И. Д., Корнеева С. И. Свободные колебания теплообменной петли первого контура ВВЭР-1000. // Динамические деформации в энергетическом оборудовании. М.: Наука, 1978.
  19. A.C. Нелинейная динамика пластин и оболочек. М.: Наука, 1972, С. 432.
  20. Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир. 1984.
  21. Годунов С. К, Забродин A.B., Прокопов Г. П. Разностные схемы для двумерных задач газовой динамики и расчет обтекания ударной волной // ЖВММФ, 1961, Т. 1, № 6.
  22. С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы. М.: Наука, 1977.
  23. A.A. Об одном методе численного решения некоторых нелинейных задач аэрогидродинамики. // Труды III Всесоюзного математического съезда. М.: Изд-во АН СССР, 1958, Т. З, С.447−453.
  24. П.Д. Геометрические и кинематические соотношения при конечных деформациях криволинейных стержней. // Динамика систем, несущих подвижную, распределенную нагрузку. Тем. сб. научных трудов, ХАИ, 1978., вып.1
  25. П.Д. Некоторые аналитические результаты расчета напряженно деформированного состояния трубопроводов. // Динамика систем, несущих подвижную, распределенную нагрузку. Тем. сб. научных трудов, ХАИ, 1978, вып. 1.
  26. П. Д. О постановке задач устойчивости и колебаний трубопроводов с жидкостью. // Динамика систем, несущих подвижную, распределенную нагрузку. Тем. сб. научных трудов, ХАИ, 1978, вып. 1.
  27. П.Д. Об уравнениях движения одномерных систем, несущих подвижную распределенную нагрузку. Машиноведение, 1979. № 3
  28. П.Д. Об уравнениях малых колебаний криволинейного трубопровода. Изд. АН СССР, МТТ, 1974. № 5.
  29. В.Ф. Об одном новом методе численного решения нестационарных задач газовой динамики с двумя пространственными переменными. ЖВМ и МФ, 1965, 5, № 4, С.680−688.
  30. Ю.В., Кочетков A.B. Численное исследование нелинейной динамики гидроупругосвязанных плоско-криволинейных стержней // Прикладная механика и техническая физика, Новосибирск, 1999, № 1, С.212−219.
  31. О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.
  32. A.A. Пластичность. М.: Гостехиздат, 1948.
  33. А.Ю. Общая теория пластичности с линейным упрочнением. // Укр. Матем. Журн., 1954, № 6.
  34. Ю.И., Новожилов В. В. Теория пластичности, учитывающая остаточные микронапряжения. ПММ, 22, 1, 1958.
  35. Л.М. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969.
  36. И.В. Основные современные направления в математической теории пластичности. Рига: Зинатне, 1971.
  37. Н.С. Возбуждение поперечных колебаний трубопроводов пульсациями давления. // Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов. Труды КуАИ, 1967, С. 118 — 128.
  38. Н.С., Лашкова Л. А. О взаимодействии трубопровода с протекающим по нему потоку. // Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей., Межвуз. Сб., КуАИ, 1979.
  39. Ю.Г., Белевич С. М. Уравнения состояния статических и динамических задач термопластичности при сложном нагружении. // Учен. Зап., Горьк. Ун-т Сер. Мех., 1970, вып. 108.
  40. Ю.А. Напряженно деформированное состояние трубопровода при гидравлических ударах. // Проблемы машиностроения и надежности машин., № 3, 1999.
  41. Р., Фридрихе К. Сверхзвуковые течения и ударные волны. -М.: ИЛЛ, 1950.
  42. Г. И. Методы вычислительной математики. Новосибирск: Наука, 1978.
  43. Массуд. Обобщенные векторные уравнения движения непризматических тонких пространственных стержней. // Труды Американского общества инженеров-механиков. Серия Е., 1971.
  44. Х.М., Галимов К. З. Нелинейная теория упругих оболочек. -Казань: Таткнигоиздат, 1957.
  45. Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987
  46. Обтекание затупленных тел сверхзвуковым потоком газа. / Под редакцией О. М. Белоцерковского. Труды ВЦ АН СССР. М. 1966.
  47. В.Ф., Смирнов Л. В. Колебания трубопроводов с нестационарным потоком жидкости. // Вопросы атомной науки и техники. Серия физика и техника ядерных реакторов, 1985, в. 2.
  48. В.Ф., Смирнов Л. В. Одномерная модель колебаний тонкостенной криволинейной трубы с жидкостью. // Колебания упругих конструкций с жидкостью. Сборник докладов., Новосибирск, 1990.
  49. В.Ф., Смирнов Л. В. Одномерные уравнения деформации тонкостенных труб, изогнутой в пространстве. -М.: Машиноведение, 1988, № 3.
  50. В.Ф., Смирнов Л. В. Одномерные уравнения колебаний тонкостенной пространственной трубы с внутренним потоком жидксоти. // Проблемы машиностроения и надежности машин., № 4, 1991.
  51. В.Ф., Смирнов Л. В. Особенности влияния параметров внутреннего потока жидкости на свободные колебания пространственных трубопроводов. // Прикладные проблемы прочности и пластичности., Всесоюз. Межвуз. Сб., 1978, вып.8.
  52. И.А., Рогов A.A., Трояновский И. Е. Влияние эффекта Кармана на движение трубопровода при разрыве в поперечном сечении. МИЭМ, 1991.
  53. .Л., Яненко H.H. Системы квазилинейных уравнений и их приложение в газовой динамике. М.: Наука, 1968.
  54. A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1983.
  55. A.A., Попов Ю. П. Разностные схемы газовой динамики. -М.: Наука, 1975.
  56. В.А. Малые колебания пространственно-криволинейных трубопроводов. // Прикладная механика, 1978, т. XIV, № 8.
  57. В. А. Механика гибких стержней и нитей. // Машиностроение. 1978.
  58. В.А. Механика трубопроводов и шлангов. М. 1982 г.
  59. В.А. Нелинейные уравнения движения и малые колебания стержней, заполненных движущейся жидкостью. Изд. АН СССР, МТТ, 1977, № 1.
  60. В.А. Статика, устойчивость и малые колебания гибких стержней, заполненных идеальной несжимаемой жидкостью. // Расчеты на прочность, 1969. вып.№ 14.
  61. Г. Теория метода конечных элементов. М.: Мир, 1977.
  62. С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967.
  63. Торли Нестационарные давления в гидравлических трубопроводах. // Теоретические основы инженерных расчетов., 1989, № 3.
  64. Д.С., Хатфилд Ф.Дж., Штукенбрук С. Анализ гидравлических и упругих переходных процессов в трубопроводах методом характеристик //Теоретические основы инженерных расчетов. 1988. № 1. С. 260 267.
  65. Е.А., Балмер Н. А., Лич У., Пиан Т. Н. Большие динамические деформации балок, колец, пластинок, оболочек. // Ракетная техника и космонавтика, 1963, № 8.
  66. Численное моделирование динамического деформирования участков трубопровода при распространении трещины с учетом истечения газа. // Отчет НИИ механики ННГУ, инв.№ 4/95, 1996.
  67. Численное решение многомерных задач газовой динамики // Под ред. С. К. Годунова. М.: Наука, 1976.
  68. П.И. Метод характеристик для пространственных сверхзвуковых течений. Труды ВЦ АН СССР, М., 1968.
  69. Courant R., Fridrichs К.О., Lewy Н. Uber die partiellen Differenzengleichungen der // Mathematischen Phisik Math. Ann., 100, 32, 1928.
  70. N.Chiba, N. Sueyoshi, J.Kaneko. Pipe-whip experiment and numerical analysis. // Struct. Mech., React. Technol. Trans. 9th Int. Conf., Lausanne, Aug. l987.P.17−21.
  71. Wang Bin. The Deformation of Freely Whipping Pipes. //Proc. 3rd Int. Offshore and Polar Eng. Conf., Singapore. 1993. V.2 P. 62−68
Заполнить форму текущей работой

На отлично!