Prediction of the Polymer Reinforced Pipeline Stress-Strain State taking into Account Technological Residual Stresses

The paper presents statements and results of the numerical implementation of three stages of predicting the stress-strain state of polymer reinforced pipes (PRP) under internal pressure by taking into account residual stresses arising during the manufacturing process. Prediction of effective characteristics in the reinforced layer is built at the first stage. The problem of predicting residual stresses is solved at the second stage. The problem of finding the stress-strain state under the internal pressure taking into account the residual stresses is solved at the third stage. The solution to the set problems was carried out numerically by using the finite element method. This aims at identifying problem areas of the PRP design, development and evolution of a methodology for modeling behavior under various loads. Elastic characteristics of materials and stationary formulations of problems are considered within the presented work. The considered problems made it possible to conduct a qualitative approximate assessment of the PRP stress-strain state during manufacturing and operation and to identify patterns of deformation and zones of possible destruction of structural elements. In order to find and formulate rejected characteristics, recommendations for installation and operation it is necessary to implement more complex models aimed at describing the material behavior and taking into account the temperature and time dependencies of the mechanical characteristics of high-density polyethylene PE 100 and composite materials based on it.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОЛИМЕРНОГО АРМИРОВАННОГО ТРУБОПРОВОДА С УЧЕТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Приводятся постановки и результаты численной реализации трех этапов прогнозирования напряженно-деформированного состояния полимерных армированных трубопроводов (ПАТ) под действием внутреннего давления с учетом остаточных напряжений, возникающих в процессе изготовления. Для этого на первом этапе построены процедуры прогнозирования эффективных характеристик армированного слоя; на втором этапе решена задача о прогнозировании остаточных технологических напряжений; на третьем этапе решена задача об отыскании напряженно-деформированного состояния под действием внутреннего давления с учетом остаточных технологических напряжений. Решение поставленных задач осуществлено численно методом конечных элементов. Данное исследование носит поисковый характер, направленный на выявление проблемных зон конструкции ПАТ, формирование и отработку методики проявления моделирования поведения под действием различных нагрузок. В рамках представленной работы рассмотрены упругие характеристики материалов и стационарные формулировки задач. Рассмотренные задачи позволили провести качественную приближенную оценку напряженно-деформированного состояния ПАТ в процессе изготовления и эксплуатации, выявить закономерности деформирования и зоны возможного разрушения элементов конструкции. Для поиска и формулирования отбракованных характеристик, рекомендаций по монтажу и эксплуатации необходимо реализовать переход к более сложным моделям описания поведения материалов, учитывающих температурные и временные зависимости механических характеристик полиэтилена высокой плотности ПЭ 100 и композиционного материала на его основе.