Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 636199)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система
Инженерный журнал: наука и инновации

Инженерный журнал: наука и инновации №11 2021 (200,00 руб.)

0   0
Страниц138
ID668698
Аннотация«Инженерный журнал: наука и инновации» – научно-практическое издание, в котором публикуются оригинальные (т. е. не опубликованные в других изданиях) статьи, содержащие результаты научных исследований по всем разделам, заявленным в рубрикаторе. Выбор электронной формы издания был обусловлен необходимостью оперативного введения в научный оборот результатов научных исследований, что соответствует тенденции сделать оплаченные государством результаты научного труда общественным достоянием. Это же предполагает выбор редакцией журнала свободного доступа к его контенту.
Кому рекомендованоЖурнал предназначен для научных работников всех рангов, инженеров, практических работников, молодых ученых и аспирантов.
Инженерный журнал: наука и инновации .— Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012 .— 2021 .— №11 .— 138 с. : ил. — URL: https://rucont.ru/efd/668698 (дата обращения: 19.05.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Инженерный_журнал_наука_и_инновации_№11_2021.pdf
УДК 531.8 DOI: 10.18698/2308-6033-2021-11-2124 Различные аспекты учета давления жидкости и газа в задачах статики гибких стержней © Н.Т. Овчинников ООО «Симойл», Москва, 125371, Россия Стержневые объекты в ряде практических применений нагружены давлением жидкостей и газов. Работа таких объектов исследуется в большом количестве публикаций, в части которых, несмотря на полную изученность вопроса, встречаются неправомерные положения. Так, в уравнения равновесия трубопровода часто включают осевое усилие вместо эквивалентного усилия, что снижает точность оценки формы изгиба и действующих напряжений. Проблемность учета давления объективно обусловлена более сложным видом этого нагружения в сравнении с весом, а также недостаточным распространением в инженерной среде известных положений. В обзорно-методической статье рассмотрен комплекс вопросов, связанных с нагружением стержня давлением. Получены векторные и линеаризованные уравнения равновесия стержня с учетом нагрузки от давления на поверхность. Обоснована эквивалентность нагружения стержня давлением и весовой нагрузкой, определяемой законом Архимеда. Приведены положения по учету давления при исследовании равновесия, устойчивости, деформирования и прочности стержня. В качестве примера показано влияние давления в задачах укладки трубопровода на морское дно и оценки продольной устойчивости стержня. Ключевые слова: стержень, трубопровод, колонна, давление, эквивалентное нагружение, равновесие, устойчивость, деформирование, прочность, закон Архимеда Введение. При работе ряда стержневых объектов реализуются сложные и разнообразные условия нагружения давлением жидкостей и газов. В технологических процессах бурения и эксплуатации нефтегазовых скважин применяют бурильные, обсадные, насоснокомпрессорные (лифтовые) и штанговые колонны. Трубопроводы различного назначения находятся под давлением транспортируемого продукта, а на пересечении водных преград на трубопровод действует также и наружное давление. Существующая неоднозначность в учете действия давления стала причиной подготовки обзорной публикации с изложением концепции по данному вопросу. Статья ориентирована на отечественную аудиторию, за рубежом учету влияния давления посвящен ряд статей, из которых ясен факт как проработанности вопроса, так и его проблемности. Цель работы — показать, каким образом давление жидкости и/или газа влияет на равновесие и параметры состояния гибкого стержня, подтвердить необходимость применения уравнений равновесия с эквивалентными характеристиками стержня — эквивалентным весом единицы длины и эквивалентным осевым усилием. Инженерный журнал: наука и инновации # 11·2021 1
Стр.1
Н.Т. Овчинников Учет влияния давления в различных работах. Влияние давления на равновесие и устойчивость стержневых объектов различного назначения рассматривается в ряде работ. Поскольку в задачи данной статьи не входит подготовка полного ретроспективного обзора, отметим отдельные работы, подтверждающие приведенные в статье положения. В работах [1, 2] применены уравнения равновесия трубопровода с эквивалентным продольным (осевым) усилием при действии внутреннего давления. Для обозначения усилия в [2, с. 221] используется также термин «полное продольное усилие». В работе [3, § 5] при выводе уравнений равновесия стержня с движущейся жидкостью рассматривают элемент стержня и элемент жидкости в нем, что позволяет получить внутреннюю нагрузку от действия давления (формула (5.1)) и эквивалентное осевое усилие, называемое полным осевым усилием в стержне (формула (5.7)). В работе [4] применяются уравнения равновесия с эквивалентным осевым усилием при наличии внутреннего давления. Проблема двойственности вида применяемых уравнений равновесия трубопровода, учитывающих как осевое, так и эквивалентное осевое усилие, отмечена в статье [5]. В монографии [6] плотность материала бурильной и обсадной колонн уменьшается на значение плотности жидкости. В книге [7] используется понятие «плавучесть трубопровода», учитывающее уменьшение веса единицы длины трубопровода в жидкости. Применяемые подходы означают использование эквивалентного нагружения стержневых объектов. В работе [8] эквивалентными предложено считать силы, работа которых одинакова на любом возможном перемещении точек тела. Сделан вывод, что при изучении изгиба стержня давление на поверхность можно заменить объемными «архимедовыми» силами. В книге [9] исследуется равновесие стержня в жидкости (см. также [10, задача 118]). Результаты нагружения с «детальным учетом внешних сил» и с применением «архимедовой силы» совпадают. В учебном пособии [10, задача 121] показана возможность потери продольной устойчивости трубчатого стержня под действием внутреннего давления жидкости, создаваемого нагружением поршневой пробки без передачи усилия на стержень. В статье [11] на основе анализа энергетического состояния объекта колонна — жидкость делается вывод, что колонна теряет устойчивость, если плотность жидкости превышает плотность материала колонны. К такому же выводу приходят авторы работы [12]. Выражение для нагрузки от действия давления приведено в книге [13, с. 121] при решении задачи о потере устойчивости стержня с жидкостью при нагружении через поршень. 2 Инженерный журнал: наука и инновации # 11·2021
Стр.2
Различные аспекты учета давления жидкости и газа в задачах статики… В эксперименте из работы [14] стержень с жидкостью, закрытый поршневыми заглушками, теряет устойчивость при действии на заглушки усилия, при котором под нагрузкой теряет устойчивость стержень. В статье [15] получена распределенная по длине нагрузка на стержень от действия давления. Изменение давления в пределах элемента стержня не учтено вследствие его малости, что приводит к потере одной из составляющих нагрузки давления, учитывающей градиент давления. Нагрузка от действия давления в статье [16] получена интегрированием давления по поверхности изогнутого трубного элемента. В работе [17, формула (11.7)] рассматривается равновесие участка трубопровода при изгибе с учетом нагрузки от действия давления. В лифтовых колоннах в процессе эксплуатации скважин штанговыми насосами при ходе плунжера вверх вес столба жидкости в колонне воспринимается плунжером, и колонна под воздействием гидростатического давления на внутреннюю боковую поверхность может потерять продольную устойчивость. В работах [18, 19] при анализе изгиба учитывается составляющая (fictitious force) эквивалентного осевого усилия от действия давления. Для объяснения причин изгиба рассматривается трубчатый стержень с заглушками в виде соединенных стержнем поршней. Потеря устойчивости зафиксированного на границах трубопровода при внутреннем давлении получена экспериментально на модели в [20]. Необходимость применения эффективного осевого усилия effective axial force (в данной статье — эквивалентное осевое усилие) показана в работах [21–27], содержащих примеры практических расчетов. В работе [28] уточняется необходимость учета закрепления границ стержневых объектов при изменении условий нагружения давлением. Вопрос эквивалентности нагружения колонны труб давлением жидкости и объемными силами в различных задачах исследовался в работах [29, 30]. Векторные уравнения равновесия стержня с эквивалентными характеристиками и соответствующие линеаризованные уравнения получены и применены при решении прикладных задач в [31], в частности, в расчете центрирования обсадных колонн при цементировании с учетом положения цементного раствора и продавочной жидкости в колонне и кольцевом пространстве. Для описания состояния стержня применяем термины «нагрузка от действия давления», «эквивалентное осевое усилие», «эквивалентный вес единицы длины», «эквивалентная плотность материала», «эквивалентное нагружение», «объемные выталкивающие силы». Инженерный журнал: наука и инновации # 11·2021 3
Стр.3

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
Антиплагиат система на базе ИИ