Численное моделирование напряжений в соединениях трубопроводов методом конечных элементов с использованием открытого программного обеспечения
Автор: В.А. Рукавишников, О.П. Ткаченко
Рубрика: Программирование
Статья в выпуске: 4 т.18, 2025 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты численного моделирования методом конечных элементов (МКЭ) в среде FreeCAD, подтверждающие гипотезу о возникновении сингулярности напряжений в L-образном изгибе трубопровода. Исследование проводилось на двух трехмерных моделях: гладком соединении труб с разрывом кривизны оси и угловом соединении с бесконечно большой кривизной на стыке. Разработанный алгоритм МКЭ позволил в единой трехмерной геометрии смоделировать оба типа соединений. Найден критический радиус кривизны, при котором напряжения в модели гладкого соединения достигают уровня напряжений в модели углового соединения. Результаты численного моделирования, представленные в статье, демонстрируют влияние геометрии соединения на распределение напряжений и подтверждают наличие сингулярности в гладких соединениях при малых радиусах кривизны. Работа способствует развитию методов анализа напряжений в сложных трубопроводных системах.
Сингулярность напряжений, L-образный изгиб, метод конечных элементов, FreeCAD, численное моделирование, трубопроводы
Короткий адрес: https://sciup.org/147252418
IDR: 147252418 | УДК: 519.63+519.688 | DOI: 10.14529/mmp250409
Finite Element Analysis of Stresses in Pipeline Joints Using Open Source Software
The paper presents the results of numerical simulation using the finite element method (FEM) in the FreeCAD environment, confirming the hypothesis about the occurrence of a stress singularity in an L-shaped bend of a pipeline. The study was conducted on two three-dimensional models: a smooth pipe connection with a break in the curvature of the axis and an angular connection with an infinitely large curvature at the junction. The developed FEM algorithm made it possible to simulate both types of connections in a single three-dimensional geometry. The critical radius of curvature was found, at which the stresses in the smooth connection model reach the level of stresses in the angular connection model. The numerical simulation results presented in the article demonstrate the influence of the connection geometry on the stress distribution and confirm the presence of a singularity in smooth connections with small radii of curvature. The work contributes to the development of stress analysis methods in complex pipeline systems.
