Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале «Вестник Пермского национального политехнического университета. Механика», а также в материалах пресс-службы вуза.
Алгоритм работы программы построен по принципу цифрового двойника и воспроизводит все этапы реального технологического цикла. На первом шаге инженеры загружают в систему параметры будущей трубы: объемное содержание стекловолокна (от 10% до 65%), угол его укладки, количество слоев (например, 2,4 или 7), а также свойства связующего, его эластичность, усадку при отверждении и температуру процесса. На основе этих данных программа вычисляет базовые механические характеристики - прочность, жесткость и поведение материала при растяжении, сжатии или нагреве.
Второй этап моделирования имитирует послойную сборку трубы. На этой стадии система рассчитывает уровень остаточных внутренних напряжений, которые неизбежно возникают в материале в процессе производства. Третий, завершающий шаг представляет собой виртуальные испытания под нагрузкой. Компьютер подает на модель трубы давление, аналогичное рабочему давлению в магистральном нефтепроводе, и разбивает конструкцию на миллионы конечных элементов. Это позволяет отследить состояние каждого мельчайшего участка с учетом ранее накопленных технологических напряжений.
Как пояснила доцентка кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики, кандидатка технических наук Л. Сахабутдинова, в ходе такого моделирования ученые установили, что трубы с семью армирующими слоями демонстрируют гораздо более опасный уровень внутреннего напряжения, чем двухслойные образцы. Разработанный алгоритм дает возможность прогнозировать влияние геометрической конфигурации армированного слоя на состояние трубы как при монтаже и демонтаже, так и в процессе длительной эксплуатации.
Заведующая лабораторией цифрового инжиниринга машиностроительных процессов и производств, доцентка, кандидатка технических наук А. Каменских отметила, что отличие новой методики от существующих аналогов заключается в комплексном подходе. Большинство современных исследований анализируют поведение трубы только под эксплуатационной нагрузкой - когда по готовому изделию уже транспортируют что-либо. Предложенный метод работает глубже: он учитывает технологическую историю материала и те напряжения, которые остались в нем еще после изготовления.
В результате программа либо подтверждает надежность конструкции, либо выявляет ее скрытую уязвимость. Она точно указывает, в каком месте и при каких условиях может произойти разрушение. Это превращает невидимый дефект в измеримый параметр, которым можно управлять на этапе проектирования, корректируя конструкцию или технологию производства.
Полимерные армированные трубы представляют собой многослойную композитную конструкцию: внутренняя и внешняя стенки выполнены из пластика, устойчивого к коррозии, а силовой каркас образован высокопрочными стеклянными нитями. В агрессивных средах ресурс стальных труб составляет 10-15 лет, тогда как ПАТ рассчитаны на 30-50 лет службы. Наибольшее распространение такие изделия получили в США, Канаде и странах Ближнего Востока. По прогнозам, к 2030 г. объемы строительства трубопроводов из ПАТ в России вырастут более чем в два раза.
Автор: А. Шевченко
