Подземная труба в тепловой динамике

Роль трубопроводного транспорта в нефтегазовой промышленности высока. Он позволяет разгрузить железнодорожный транспорт для перевозок других важных для людей грузов. К тому же это значительно экономичней, что играет важнейшую роль. Поэтому нужно точно знать в каком состоянии будет находиться труба при различных условиях ее эксплуатации. Во избежании повреждений и аварий трубопроводов необходимо применение системы мониторинга напряженно-деформированного состояния. Особый интерес представляет состояние трубы при температурной нагрузке, так как при изменении температуры труба может деформироваться и стать непригодной для использования, что ведет за собой траты по ее замене.

Построение геометрической модели трубы

Создайте цилиндр с высотой 2 и радиусом 0.1. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из списка геометрических примитивов выберите Цилиндр и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Далее создайте еще один цилиндр высотой 2 и радиусом 0.098. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из списка геометрических примитивов выберите Цилиндр и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

В итоге получите два совмещенных цилиндра.

Вычтите из цилиндра 1 цилиндр 2. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Логические операции. Из выплывающего списка выберите Вычесть. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Получите полый цилиндр.

Построение геометрической модели грунта

Создайте параллелепипед с шириной 8, высотой 8, глубиной 2. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из списка геометрических примитивов выберите Параллелепипед и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Создайте цилиндр с высотой 2 и радиусом 0.1. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из списка геометрических примитивов выберите Цилиндр и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Вычтите из параллелепипеда объемом 3 цилиндр объемом 4. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Логические операции. Из выплывающего списка выберите Вычесть. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Создание половины модели

Всю модель разрежьте на две части. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Разрез. Из выплывающего списка выберите Координатная плоскость. Задайте необходимые параметры и выберете ось YZ. Нажмите Применить.

Нажмите на левую половину модели правой кнопкой мыши, выберите Удалить .

Построение сетки на модели

Постройте конечно-элементную сетку для модели труба. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - На кривых, Действие - Построение сетки. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - На кривых, Действие - Построение сетки. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Создайте сетку. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить, Построить сетку.

Соедините модель труба с моделью грунт. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Отпечатать/срастить. Из выплывающего списка выберите Отпечатать/срастить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Создайте сетку на модели грунт. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задание материала и свойств блока

Создайте материал. На панели команд выберите Режим - Материал, Объект - Управление материалами. Перетащите импортированный материал Углеродистая сталь во вторую колонку, тоже самое сделайте с материалом Грунт. В материале грунт измените свойства материалов. В левой колонке из раздела Температурные свойства перенесите в раздел Свойства материалов - Коэффициент удельной теплоемкости и Температурные изотропные. Задайте необходимые значения. Нажмите Применить.

Создайте блок для модели труба. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Создайте блок для модели грунт. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте свойства блоку с трубой. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте свойства блоку с грунтом. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задание граничных условий

Закрепите поверхности 34 35 22 23 в направлении по X. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещения, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Закрепите поверхность 15 в направлении по X. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещения, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Закрепите поверхности 27 38 40 24 в направлении по Z. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещения, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Закрепите поверхность 37 в направлении по Y. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещения, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте давление в трубе величиной 2*10⁵. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Давление, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте давление в трубе величиной 2*10⁵. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Давление, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте гравитацию в трубе. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Гравитация, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Запуск расчета

Для запуска на расчет в CAE Fidesys выберите на панели команд Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Временной анализ, Временной анализ - Общие. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить, Начать расчет.

Анализ результатов

Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами:

• Нажмите Ctrl+E;

• В главном меню выберите Расчёт - Результаты. Нажмите Открыть последний результат;

• На панели команд выберите Результаты (Режим - Результаты, Результаты - Открыть Результаты).

Появится окно Fidesys Viewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.

Отобразите деформированный 3D вид модели. Установите фокус в дереве объектов на Ваш файл в Дереве и отобразите для него Фильтры – Алфавитный указатель – Деформировать по вектору. Во вкладке Свойства установите значение 641.44 в поле Множитель масштаба. Нажмите Применить.

Ниже на рисунках показаны распределение перемещений и напряжений.

Использование консольного интерфейсa

Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно выполнить с использованием консольного интерфейса. Ниже приведён код программы, позволяющий выполнить шаги описанного выше руководства, необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.

reset
create Cylinder height 2 radius 0.1 
create Cylinder height 2 radius 0.098 
subtract volume 2 from volume 1 
brick x 8 y 8 z 2
create Cylinder height 2 radius 0.1 
subtract volume 4 from volume 3 
webcut volume all with plane xplane 
delete Volume 6 5
curve 29 33 interval 20
curve 29 33 scheme equal
mesh curve 29 33 
volume 1 size auto factor 5
mesh volume 1 
imprint volume 3 1 
merge volume 3 1 
volume 3 size auto factor 5
mesh volume 3 
create material 1 from 'Углеродистая сталь'
create material 2 from 'Грунт'
modify material 2 set property 'ISO_THERMAL_EXPANSION' value 1e-06
modify material 2 set property 'ISO_CONDUCTIVITY' value 0.8
modify material 2 set property 'SPECIFIC_HEAT' value 5
set duplicate block elements off
block 1 add volume 1 
set duplicate block elements off
block 2 add volume 3 
block 1 material 1 cs 1 element solid order 1
block 2 material 2 cs 1 element solid order 1
create displacement on surface 23 35 22 34 dof 1 fix 
create displacement on surface 15 dof 1 fix 
create displacement on surface 27 38 40 24 dof 3 fix 
create displacement on surface 37 dof 2 fix 
create pressure on surface 25 magnitude 2e5 
create gravity global
modify gravity 1 dof 2 value -9.81
create temperature  on surface 25  value 50
analysis type dynamic elasticity heattrans dim3 preload off
dynamic method full_solution scheme implicit maxtime 10 steps 100 newmark_gamma 0.005