ВКР Каксин (1). Исследование зависимости продольного сжимающего усилия от параметров разработанного компенсирующего устройства расчетноэкспериментальным методом
 Скачать 7.01 Mb.
|
трубопровода закрепляющими грунтовыми перемычками с использованием пакета инженерных программ APM WinMachine 9.7Для расчета используем программу APM Beam, предназначенную для расчета и проектирования балочных элементов конструкций методом конечных элементов, а также для расчета следующих параметров [15]: реакции в опорах и заделках; распределение моментов изгиба и углов изгиба; распределение моментов кручения и углов кручения; распределение радиальных и осевых сил; распределение перемещений и напряжений. Исходные данные возьмем из расчета по пункту 3.2.1. Начнем расчет в пакете инженерных программ APM WinMachine 9.7, а в частности в APM Beam. Весь расчет разобьем на шаги, изображенные на рисунках 3.16-3.21. На графике 3.21 видно, что максимальные вертикальные перемещения трубопровода равны 98 мм, что является допустимым значением, а также и примерно равны принятым в расчетах 100 мм. Следовательно, расчеты выполнены верно. Также показаны другие графики полученного расчета на рисунках 3.22 - 3.23 (графики изгибающего момента, напряжений), которые выбираются в том же окне, что и график вертикальных перемещений.  Рисунок 3.13 – Пример расчета параметров рациональной схемы засыпки на программе MathCad 15.0  Рисунок 3.14 – Пример расчета параметров рациональной схемы засыпки на программе MathCad 15.0  Рисунок 3.15 – Пример расчета параметров рациональной схемы засыпки на программе MathCad 15.0 Рисунок 3.16 – Создание сегмента  Рисунок 3.17 – Создание сечения  Рисунок 3.18 – Задание опор и распределенных нагрузок  Рисунок 3.19 – Задание материала  Рисунок 3.20 – Начало расчета  Рисунок 3.21 – График вертикальных перемещений  Рисунок 3.22 – График изгибающего момента  Рисунок 3.23 – График напряжений Из графика 3.23 видно, что максимальные напряжения возникают в середине пролета и приблизительно равны 40,3 МПа, что сравнительно ниже предела текучести выбранной стали равного 390 МПа. Следовательно, прочность обеспечивается. Рассчитаем данный пример на программе APM Structure 3D. Весь процесс расчета разделим по шагам, изображенным на рисунках 3.24 - 3.26.  Рисунок 3.24 – Создание твердотельной модели трубопровода  Рисунок 3.25 – Создание сетки конечных элементов  Рисунок 3.26 – Карты перемещений и напряжений По карте напряжений видно, что максимальные напряжения достигают 42,81 МПа, что приблизительно равно рассчитанным значениям в программе APM Beam. Также величина перемещений достигает 96,33 мм, что также является допустимым, а также приблизительно равным рассчитанным. Анализируя результаты по всем трем расчетам (аналитически, в программе APM Beam и APM Structure 3D), можно сделать вывод о верности выбранных методик расчета и правильности полученных результатов для конкретного трубопровода. Далее были выполнены расчеты по данным методикам для различных случаев: варьируются толщина стенки, диаметр трубопровода, вид грунта засыпки (рисунки 3.27 - 3.28, таблица 3.2). Конечными результатами будут расстояния 𝑙 и 𝐿.  Наружный диаметр 𝐷н = 1020 мм, плотность пульпы 𝜌п = 1270 кг/м3, грунт – суглинок. Рисунок 3.27 – Графики зависимости протяженности закрепляющей перемычки 𝑙 и расстояния между перемычками 𝐿 от толщины стенки трубопровода δ  Толщина стенки δ= 14 мм, плотность пульпы 𝜌п = 1270 кг/м3, грунт – суглинок. Рисунок 3.28 – Графики зависимости протяженности закрепляющей перемычки 𝑙 и расстояния между перемычками 𝐿 от наружного диаметра трубопровода 𝐷н Таблица 3.2 – Зависимость параметров рациональной схемы засыпки от вида грунта для трубопровода 1020∙14 мм при отклонении его оси на fmax=100 мм
На графиках, представленных на рисунках 3.27 - 3.28, и в таблице 3.2 видно, что разброс результатов значителен: для 𝑙 от 0,19 до 6,76 м, для 𝐿 от 9,988 до 66,524 м. Данный разброс объясняется зависимостью этих величин от многих параметров, как присущих грунтам засыпки, так и характеристикам трубопровода. Но, несмотря на это, данный способ засыпки подводного трубопровода эффективен тем, что по всем расчетам обеспечивает проектное положение подводного трубопровода после осуществления засыпки. А ведь увеличение затрат, связанное с технологией засыпки подводного трубопровода перемычками, намного меньше затрат, связанных с проведением ремонтных, дноуглубительных и других видов работ. |