Об авторах:
Пирогов Сергей Петрович, доктор технических наук, профессор кафедры прикладной механики, Тюменский индустриальный университет; профессор кафедры лесного хозяйства, деревообработки и прикладной механики, Государственный аграрный университет Северного Зауралья (г. Тюмень);
piro-gow@yandex.ru; ORCID: 0000-0001-5171-8942
Черенцов Дмитрий Андреевич, кандидат технических наук, доцент кафедры транспорта углеводородных ресурсов, Тюменский индустриальный университет;
cherencov_dmitry@mail.ru; ORCID: 0000-0001-8072-6183
Аннотация:
Сложные условия работы, а также вибрации агрегатов технологических процессов и нестабильная интенсивность нагрузок накладывают высокие требования на приборы контроля избыточного давления, которые обеспечивают требуемую точность измерений и безаварийную эксплуатацию оборудования.
Применение манометров на сегодняшний день является обязательным требованием для мониторинга избыточного давления. Основной тип манометров в качестве упругих чувствительных элементов использует манометрические трубчатые пружины (МТП). Поэтому актуальным является вопрос по расчету движения МТП под действием внешних переменных нагрузок, в частности переменного внутреннего давления. Вопросы, связанные с влиянием пульсаций внутреннего давления и внешних периодически изменяющихся внешних сил, остаются неизученными.
Для успешной эксплуатации были исследованы прочностные и частотные характеристики колебаний трубчатых пружин, рассмотрено влияние на их вибрационные характеристики форм поперечного сечения, основных геометрических размеров, а также проанализирован процесс вибродемпфирования жидкостью.
В работе представлена математическая модель вынужденных колебаний МТП, основанная на уравнениях Лагранжа второго рода. МТП рассматривается как механическая система с двумя степенями свободы, т. е. задаваемая двумя обобщенными координата- ми. Ими являются относительное изменение главного угла трубки и увеличение малой полуоси поперечного сечения.
Модель позволяет определять характер движения МТП под действием периодически изменяющегося внутреннего давления. Для реализации ее разработана программа в MATLAB, что делает возможным определять требуемые характеристики приборов контроля давления, исключающие возможность возникновения резонанса. С помощью разработанной программы оценено влияние геометрических характеристик и пульсаций внутреннего давления на перемещения свободного конца МТП.
Представленная модель может быть успешно использована для динамических расчетов манометрических трубок, поскольку является классическим подходом к решению
задач колебаний механических систем. Кроме того, она позволит рассчитать параметры трубчатых упругих элементов, используемые в различных механизмах в качестве
силовых элементов.
Список литературы:
1. Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов / Л. Е. Андреева. М.: Машиностроение, 1981. 392 с.
2. Рабочий орган культиватора: пат. 2428825 РФ, МПК А 01 В 35/20, А 01 В 35/32, А 01 В 39/20 / Н. Н. Устинов, С. Н. Кокошин, Н. И. Смолин; патентообладатель Тюменская государственная сельскохозяйственная академия. № 2009136304/21; заявл. 30.09.2009; опубл. 20.07.2011, Бюл. № 26.
3. Сошник: пат. 94406 РФ: МПК А 01 С 7/20 (2006.01) / Н. Н. Устинов, С. Н. Кокошин, Н. И. Смолин; патентообладатель Тюменская государственная сельскохозяйственная академия. № 2009149569/22; заявл. 30.12.2009; опубл. 27.05.2010, Бюл. № 15.
4. Черенцов Д. А. Математическое моделирование колебаний манометрических трубчатых пружин в вязкой среде: дис. … канд. техн. наук / Д. А. Черенцов. Тюмень, 2015. 125 с.
5. Чуба А. Ю. Определение собственных частот колебаний изогнутых труб некругового поперечного сечения / А. Ю. Чуба, Н. И. Смолин, С. П. Пирогов // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2007. № 1. С. 77-82.
6. Чуба А. Ю. Расчет собственных частот колебаний манометрических трубчатых пружин: дис. … канд. техн. наук / А. Ю. Чуба. Тюмень, 2007. 137 с.
7. Яблонский А. А. Курс теории колебаний: учеб. пос. / А. А. Яблонский, С. С. Норейко. 5-е изд., стер. СПб.: БХВ-Петербург, 2007. 336 с.
8. Ayvaz Y. Application of modified Vlasov model to free vibration analysis of beams resting on elastic foundations / Y. Ayvaz, K. Özgan // Journal of Sound and Vibration. 2002. Vol. 255. No. 1. Pp. 111-127. DOI: 10.1006/jsvi.2001.4143
9. Bergant A. Waterhammer tests in a long PVC pipeline with short steel end sections / A. Bergant, Q. Hou, A. Keramat, A. S. Tijsseling // Journal of Hydraulic Structures. 2013. Vol. 1. No. 1. Pp. 24-36. DOI: 10.22055/jhs.2013.10069
10. Carrier III W. D. Pipeline supported on a nonuniform winkler soil model / W. D. Carrier III // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2005. Vol. 131. No. 10. DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2005)131:10(1301)
11. Dongquan Wu. Theoretical and numerical analysis of the creep crack initiation time considering the constraint effects for pressurized pipelines with axial surface cracks / Dongquan Wu, Hongyang Jing, Lianyong Xu, Lei Zhao, Yongdian Han // International Journal of Mechanical Sciences. 2018. Vol. 141. Pp. 262-275. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2018.04.009
12. Fyrileiv O. Effect of internal pressure on free spanning pipelines / O. Fyrileiv // Proceedings of the 2010 8th International Pipeline Conference (September 27 — October 1, 2010, Calgary, Alberta, Canada). Vol. 3. Pp. 711-718. DOI: 10.1115/IPC2010-31622
13. Georgiadou S. Dynamic analysis of a free span offshore pipeline / S. Georgiadou, E. Loukogeorgaki, D. C. Angelides // Paper presented at the 24th International Ocean and Polar Engineering Conference (June 15-20, 2014, Busan, Korea). 2014. Paper ISOPE-I-14-275.
14. Guangming Dong. Vibration analysis and crack identification of a rotor with open cracks / Guangming Dong, Jin Chen // Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics. 2011. Vol. 28. №. 1. Pp. 171-182. DOI: 10.1007/s13160-011-0031-3
15. Haryadi Gunawan Tj. Free vibration characteristics of cylindrical shells partially buried in elastic foundations / Haryadi Gunawan Tj, Takashi Mikami, Shunji Kanie, Motohiro Sato // Journal of Sound and Vibration. 2006. Vol. 290. No. 3-5. Pp. 785-793. DOI: 10.1016/j.jsv.2005.04.014
16. Kameswara Rao Chellapilla. Critical velocity of fluid-conveying pipes resting on two-parameter foundation / Kameswara Rao Chellapilla, H. S. Simha // Journal of Sound and Vibration. 2007. Vol. 302. No. 1-2. Pp. 387-397. DOI: 10.1016/j.jsv.2006.11.007
17. Kokoshin S. Automatic rigidity adjuster sustaining tillage depth during the work of cultivators with elastic rods / S. Kokoshin, V. Tashlanov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 403. No. 1. Paper 012002. DOI: 10.1088/1755-1315/403/1/012002
18. Lottati I. The effect of an elastic foundation and of dissipative forces on the stability of fluid-conveying pipes / I. Lottati, A. Kornecki // Journal of Sound and Vibration. 1986. Vol. 109. No. 2. Pp. 327-338. DOI: 10.1016/S0022-460X(86)80012-8
19. Lü Lei. Dynamical bifurcation and synchronization of two nonlinearly coupled fluid-conveying pipes / Lü Lei, Hu Yujin, Wang Xuelin, Ling Lin, Li Chenggang // Nonlinear Dynamics. 2015. Vol. 79. No. 4. Pp. 2715-2734. DOI: 10.1007/s11071-014-1842-y
20. Massa A. L. L. The influence of internal pressure on pipeline natural frequency / A. L. L. Massa, N. S. Galgoul, N. O. Guevara Junior, A. C. Fernandes, F. M. Coelho, S. F. da Silva Neto // Proceedings of the ASME 2009 28th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (May 31 — June 5, 2009, Honolulu, Hawaii, USA). Vol. 3: Pipeline and Riser Technology. Pp. 559-566. DOI: 10.1115/OMAE2009-79666
21. Naidu N. R. Vibrations of initially stressed uniform beams on a two-parameter elastic foundation / N. R. Naidu, G. V. Rao // Computers & Structures. 1995. Vol. 57. No. 5. Pp. 941-943. DOI: 10.1016/0045-7949(95)00090-4
22. Qin Qian. Nonlinear responses of a fluid-conveying pipe embedded in nonlinear elastic foundations / Qin Qian, Lin Wang, Qiao Ni // Acta Mechanica Solida Sinica. 2008. Vol. 21. No. 2. Pp. 170-176. DOI: 10.1007/s10338-008-0820-7
23. Ruocco Eu. An exponential matrix method for the buckling analysis of underground pipelines subjected to landslide loads // Eu. Ruocco, R. Di Laora, V. Minutolo // Procedia Earth and Planetary Science. 2016. Vol. 16. Pp. 25-34.
24. Stojanović V. Nonlinear dynamic analysis of damaged Reddy-Bickford beams supported on an elastic Pasternak foundation / V. Stojanović, M. D. Petković // Journal of Sound and Vibration. 2016. Vol. 385. Pp. 239-266. DOI: 10.1016/j.jsv.2016.08.030
25. Taolong Xu. Dynamic response of buried gas pipeline under excavator loading: Experimental/numerical study / Taolong Xu, Anlin Yao, Hongye Jiang, Youlv Li, Xiangguo Zeng // Engineering Failure Analysis. 2018. Vol. 89. Pp. 57-73. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2018.02.026
26. Xü Wan-Hai. Study on vortex-induced vibrations (VIV) of free spanning pipeline
considering pipe-soil interaction boundary conditions / Xü Wan-Hai, Xie Wu-De,
Gao Xi-Feng, Ma Ye-Xuan // Journal of Ship Mechanics. 2018. Vol. 22. No. 4.
Pp. 446-453. DOI: 10.3969/j.issn.1007-7294.2018.04.007
