Свободные колебания тонкостенных магистральных нефтепроводов большого диаметра с учетом влияния продольной силы и массы протекающей жидкости

Исследуются свободные колебания тонкостенных магистральных нефтепроводов большого диаметра с учетом влияния продольной силы и массы протекающей жидкости, подтверждается их критичное влияние на надежность конструкции, а значит, необходимость учета в расчете. Численный анализ проведен на основе полубезмоментной теории оболочек с учетом внутреннего давления, толщины защитного железобетонного слоя, коэффициента постели грунта и действующей продольной силы. Результаты показали, что при транспортировке нефти собственные частоты колебаний трубопровода снижаются быстрее, чем при транспортировке газа, а увеличение толщины железобетонной рубашки и внутреннего рабочего давления повышает частоты и общую жесткость системы. Коэффициент постели грунта также играет существенную роль, компенсируя часть нагрузок и увеличивая частоты колебаний. В ходе исследования было подтверждено, что наибольшее влияние на динамические характеристики трубопровода оказывает продольная сила, приводящая к заметному снижению частот свободных колебаний. Полученные выводы и закономерности целесообразно использовать при проектировании и эксплуатации крупных нефтепроводов в неоднородных грунтах, чтобы обеспечить требуемую устойчивость и минимизировать риск резонансных явлений. 

1. Денисов Г. В. К расчету участков заглубленных магистральных трубопроводов с конструктивными включениями на сейсмическое воздействие. Современные проблемы науки и образования. 2014;(4):200. URL: https://scienceeducation.ru/ru/article/view?id=14133.

2. Волынец С. И. Колебания тонкостенных неоднородных оболочек в упругой среде с учетом внутреннего рабочего давления. Вести газовой науки. 2021;(4):203–207. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49095501.

3. Хакимов А. Г., Юлмухаметов А. А. Изгибные колебания трубопровода на упругих опорах с движущейся жидкостью. Многофазные системы. 2019;14(1):10–16. https://doi.org/10.21662/mfs2019.1.002

4. Шакирьянов М. М. Пространственные нелинейные колебания трубопровода при действии внутреннего ударного давления. Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2019;(6):76–84. https://doi.org/10.1134/S0572329919060114

5. Шагиев В. Р., Ахтямов А. М. Идентификация закрепления трубопровода с использованием минимального количества собственных частот. Математические структуры и моделирование. 2018;(1):95–107. https://doi.org/10.25513/2222-8772.2018.1.95-107

6. Акуленко Л. Д., Иванов М. И., Коровина Л. И., Нестеров С. В. Основные свойства собственных колебаний протяженного участка трубопровода. Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2013;(4):119–134. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=20194647.

7. Sollund H., Vedeld K. A semi-analytical model for free vibrations of free spanning offshore pipelines. Research Report in Mechanics. No. 2. Oslo: University of Oslo; 2012. URL: https://www.duo.uio.no/bitstream/handle/10852/34444/2012-2. pdf?sequence=1

8. Lazakis I., Gkerekos C., Theotokatos G. Investigating an SVM-driven, one-class approach to estimating ship systems condition. Ships and Offshore Structures. 2018;14(5):432–441. https://doi.org/10.1080/17445302.2018.1500189

9. Shao Y. F., Fan X., Shu S., Ding H., Chen L.-Q. Natural frequencies, critical velocity and equilibriums of fixed–fixed Timoshenko pipes conveying fluid. Journal of Vibration Engineering & Technologies. 2022;10:1623–1635. https://doi.org/10.1007/s42417-022-00469-0

10. Xü W., Xie W.-D., Gao X.-F., Ma Y.-X. Study on vortex-induced vibrations (VIV) of free spanning pipeline considering pipe-soil interaction boundary conditions. Chuan Bo Li Xue/Journal of Ship Mechanics. 2018;51:446–453. http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-7294.2018.04.007

11. Yang X., Yang T., Jin J. Dynamic stability of a beam-model viscoelastic pipe for conveying pulsative fluid. Acta Mechanica Solida Sinica. 2007;20:350–356. https://doi.org/10.1007/s10338-007-0741-x

12. Xia Tan, You-Qi Tang. Free vibration analysis of Timoshenko pipes with fixed boundary conditions conveying high velocity fluid. Heliyon. 2023;9(4):e14716. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e14716

13. Флюгге В. Статика и динамика оболочек. Москва: Госстройиздат, 1961.

14. Ильин В. П. Применение полубезмоментной теории к задачам расчета тонкостенных труб. Проблемы расчета пространственных конструкций. В сб.: Труды МИСИ. Москва: МИСИ; 1980. С. 45–55.

15. Соколов В. Г., Дмитриев А. В., Волынец С. И. Свободные колебания тонкостенных газопроводов с учетом влияния продольной силы при траншейной прокладке. Жилищное строительство. 2024;(9):67–74. https://doi.org/10.31659/0044-4472-2024-9-67-74

16. Соколов В. Г., Дмитриев А. В. Свободные колебания подземных прямолинейных тонкостенных участков газопроводов. Вестник гражданских инженеров. 2019;(2):29–34 https://doi.org/10.23968/1999-5571-2019-16-2-29-34