Моделирование процесса деформирования подводного газопровода под действием взрывной нагрузки

Моделирование процесса деформирования подводного газопровода под действием взрывной нагрузки

Автор: Абузяров М.Х., Глазова Е.Г., Кочетков А.В., Кочетков М.А.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 2, 2024 года.

Бесплатный доступ

Моделируется процесс деформирования подводного двухслойного газопровода при взрыве близко расположенного заряда октогена. Для моделирования применяется специально разработанный авторский пакет программ для решения трехмерных динамических задач взаимодействия упругопластических конструкций со сжимаемыми средами, основанный на единой схеме Годунова повышенной точности для расчета совместного движения как газовых, жидкостных, так и упругопластических сред. В пакете применен эйлерово-лагранжев подход с явным выделением подвижных контактных поверхностей между различными средами. Используются три типа расчетных сеток для каждой из сред. Это лагранжевые поверхностные сетки в виде непрерывного набора треугольников для задания начальной геометрии тел и для их сопровождения в процессе расчета и два вида автоматически генерируемых в процессе расчета объемных трехмерных сеток. Инициация заряда, имеющего сферическую форму, производится в его центре. Для описания процесса распространения установившейся детонации применяется гидродинамическая теория детонации. Сформированные при взрыве в окружающей жидкости ударные волны взаимодействуют с фрагментом двухслойного трубопровода и жестким дном. Анализируются волновые процессы как в стальной трубе, так и в утяжеляющей ее бетонной оболочке. Оцениваются нагрузки на трубопровод в зависимости от расстояния до заряда. Показано возможное разрушение как стальной, так и бетонной утяжеляющей оболочки в областях растягивающих деформаций, формирующихся в местах максимального изгиба трубопровода. Показано, что близость дна может существенно усилить воздействие взрывного нагружения за счет действия отраженных от дна ударных волн.

Еще

Подводный газопровод, взрыв, трехмерная задача, численное моделирование, схема годунова, повышенная точность, эйлерово-лагранжев подход, упругопластическое деформирование

Короткий адрес: https://sciup.org/146282920

IDR: 146282920   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2024.2.10

Список литературы Моделирование процесса деформирования подводного газопровода под действием взрывной нагрузки

  • Замышляев, Б.В. Динамические нагрузки при подводном взрыве / Б.В. Замышляев, Ю.С. Яковлев. - Л.: Судостроение, 1967. - 387 с.
  • Explosion Hazards and Evaluation / W.E. Baker [et al.]. -Elsevier Scientific Publishing Company Amsterdam - Oxford -New York, 1983. - 840 p. DOI: 10.1016/0010-2180(85)90099-9
  • Surov, V.S. Modeling of the interaction of an underwater shock wave and an obstacle in the presence of a bubble screen / V.S. Surov // J. Eng. Phys. Thermophys. - 2016. - Vol. 89, no. 1. -P. 90-99. DOI: 10.1007/s10891-016-1355-2
  • Оценка параметров ударных волн при разрушении морских и сухопутных участков магистральных газопроводов / С.И. Сумской [и др.] // НТС. Вестник газовой науки. - 2020. -№ 3(45). - C. 72-79.
  • Абузяров, К.М. Метод распада разрывов в трехмерной динамике упругопластических сред / К.М. Абузяров // Проблемы прочности и пластичности. - 2020. - Т. 82, № 3. - С. 517. DOI: 10.32326/1814-9146-2020-82-3-377-389
  • Численная методика решения трехмерных задач взаимодействия высокоскоростных газовых струй с упругопластическими преградами / М.Х. Абузяров [и др.] // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. -2021. - Вып. 4. - С. 24-40.
  • Численное решение трехмерных задач ударного взаимодействия упругопластических тел в эйлеровых переменных на базе модифицированной схемы Годунова / М.Х. Абузяров [и др.] // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. - 2023. - Вып. 3. - С. 16-29.
  • Meyers, A. Choice of objective rate in single parameter hy-poelastic deformation cycles / A. Meyers, H. Xiao, O.T. Bruhns // Computers and Structures. - 2006. - Vol. 84. - P. 1134-1140. DOI: 10.1016/j.compstruc.2006.01.012
  • Применение схемы Годунова для решения трехмерных задач высокоскоростного взаимодействия упругопластических тел / К.М. Абузяров [и др.] // Математическое моделирование. -2023. - Т. 35, № 8. - C. 97-115. DOI: 10.20948/mm-2023-08-07
  • Численное решение многомерных задач газовой динамики / С.К. Годунов [и др.]. - М.: Наука, 1976. - 400 с.
  • Wilkins, M.L. Calculation of elastic-plastic flow / M.L. Wilkins; ed. by B. Alder, S. Fernbach, M. Rotenbeg // Methods in Computational physics. - Academic, New York, 1964. -Vol. 3. - 211 p.
  • Kukudzhanov, V.N. Decomposition method for elasto-plastic equations / V.N. Kukudzhanov // Mechanics of Solids. -2004. - No. 1. - P. 73-80.
  • Кукуджанов, В.Н. Связанные модели упругопластич-ности и поврежденности и их интегрирование / В.Н. Кукуджанов // Механика деформируемого твердого тела. - 2006. -№ 6. - С. 103-135.
  • Kukudzhanov, V.N. Numerical modeling of cutting processes for elastoplastic materials in 3D-statement / V.N. Kukudzhanov, A.L. Levitin // Mech. Solids. - 2008. - Vol. 43. - P. 494501. DOI: 10.3103/S0025654408030205
  • Ляхов, Г.М. Волны в грунтах и пористых многокомпонентных средах / Г.М. Ляхов. - М.: Наука, 1982. - 286 с.
  • Фахретдинов, И.А. Об уравнении состояния Тейта для жидких смесей / И.А. Фахретдинов, Э.Р. Жданов // Теплофизика высоких температур. - 2004. - T. 42, № 3. - C. 396-400.
  • Abouziarov, M. An application of conservative scheme to structure problems / M. Abouziarov, H. Aiso, T. Takahashi // Series from Research Institute of Mathematics of Kyoto University. Mathematical Analysis in Fluid and Gas Dynamics. - 2004. - № 1353. -P. 192-201.
  • Abouziarov, М.Х. An application of retroactive characteristic method to conservative scheme for structure problems (elastic-plastic flows) / М.Х. Abouziarov, H. Aiso // Hyperbolic Problems, Theories, Numerics, Applications. Tenth International Conference in Osaka. September 2004. - Copiright 2006 by Yokohama Publishers Inc. - P. 223-230.
  • Miller, G.H. A high order Eulerian Godunov method for elastic-plastic flow in solids / G.H. Miller, P. Colella // J. Comput. Phys. -2001. - Vol. 167. - P. 131-176. DOI: 10.1006/jcph.2000.6665
  • Miller, G.H. A Conservative Three-Dimensional Eulerian Method for Coupled Solid-Fluid Shock Capturing / G.H. Miller, P. Colella // J. Comput. Phys. - 2002. - Vol. 183. - P. 26-82. DOI: 10.1006/jcph.2002.7158
  • High order ADER schemes for a unified first order hyperbolic formulation of continuum mechanics: viscous heat-conducting fluids and elastic solids / M. Dumbser [et al.] // J. Comput. Phys. -2016. - Vol. 314. - P. 824-862. DOI: 10.1016/j.jcp.2017.07.020
  • Wallis, T. A flux-enriched Godunov method for multimaterial problems with interface slide and void opening / T. Wallis, Ph. Barton, N. Nikiforakis // J. Comput. Phys. - 2021. - Vol. 442. -P. 1-40. DOI: 10.1016/j.jcp.2021.110499
  • Exact and approximate solutions of Riemann problems in nonlinear elasticity / P.T. Barton [et al.] // J. Comput. Phys. -2009. - Vol. 228. - P. 7046-7068. DOI: 10.1016/j.jcp.2009.06.014
  • Michael, L. A multi-physics methodology for the simulation of reactive flow and elastoplastic structural response / L. Michael, N. Nikiforakis // J. Comput. Phys. - 2018. - Vol. 367. - P. 127. DOI: 10.1016/j.jcp.2018.03.037
  • Зельдович, Я.Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений / Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер. - М.: Наука, 1966. - 688 с.
  • Mader, C.L. Numerical modeling of detonations / C.L. Mader. -University of California Press Berkeley CA. - 1979. - 485 pp.
  • Бондаренко, Ю.А. Свойства решений при счете нормальной детонации навязыванием энерговыделения с заданной скоростью фронта / Ю.А. Бондаренко // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. - 2009. - Вып. 1. - С. 3-18.
  • Бондаренко, Ю.А. Особенности счета детонации на эйлеровых сетках с навязанной скоростью фронта / Ю.А. Бондаренко // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. - 2010. - Вып. 3. - С. 38-45.
  • Соколов, С.С. Алгоритмы контроля скорости распространения фронта детонационной волны в методике «тим» / С.С. Соколов, А.А. Пушкарёв, В.Н. Мотлохов // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. -2021. - Вып. 2. - С. 44-55.
  • Методы численного моделирования детонации и горения ВВ в эйлеровых газодинамических расчетах / Ю.В. Янилкин [и др.] // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. - 2011. - Вып. 3. - С. 16-28.
  • Численное моделирование трехмерных процессов разгона упругопластических тел взрывом / К.М. Абузяров [и др.] // Проблемы прочности и пластичности. - 2018. - Вып. 80, № 2. -С. 255-266. DOI: 10.32326/1814-9146-2018-80-2-255-266
  • Физика взрыва: в 2 т. / под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, испр. - М.: Физматлит, 2004. - Т. 2. - 488 с.
  • Study on JWL equation of state for the numerical simulation of near-field and far-field effects in underwater explosion scenario / S. Koli [et al.] //Engineering Science and Technology International Journal. - 2020. - Vol. 23, no. 4. - P. 758-768. DOI: 10.1016/j.jestch.2020.01.007
  • Сорокин, В.Г. Справочник - марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин. - Справ. изд. - 2001. - 680 с.
  • Дворкин, Л.И. Строительное материаловедение / Л.И. Двор-кин, О. Л. Дворкин. - М.: Инфра-Инженерия, 2013. - 832 с.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp