Под землей и на дне морей проложены тысячи километров трубопроводов, по которым транспортируют нефть, газ, воду и химические вещества. Традиционные стальные трубы подвержены коррозии, требуют постоянного контроля и несут риск аварий. Альтернативой стали трубы из полимерных армированных материалов (ПАТ), однако у таких конструкций есть серьезная проблема: скрытые внутренние дефекты. Внешне труба может выглядеть исправной, но под давлением слабое место способно привести к разрыву.Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета совместно со специалистами «ЛУКОЙЛа» предложили новый подход: не искать дефекты в готовом изделии, а прогнозировать их появление еще на этапе проектирования. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Разработанная компьютерная программа создает виртуальную модель будущей трубы и рассчитывает, возникнут ли в ней опасные внутренние напряжения.
«Работа алгоритма разбита на три этапа, соответствующих реальному производству. Сначала вводятся параметры конструкции — содержание стекловолокна от 10% до 65%, угол укладки, число слоев, свойства связующего и температура процесса. Программа рассчитывает прочность, жесткость и поведение материала при растяжении, сжатии и нагреве», — пояснила доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ Ляйсан Сахабутдинова.
На втором этапе система послойно «собирает» трубу и определяет остаточные напряжения, возникающие при производстве. Затем виртуальную конструкцию проверяют под давлением, аналогичным реальным условиям эксплуатации. Для этого модель разбивается на миллионы элементов, и анализируется поведение каждого участка.
Моделирование показало, что многослойные конструкции могут вести себя иначе, чем предполагалось ранее: например, в трубе с семью слоями армирования напряжения оказались более критичными, чем в двухслойной.
«В отличие от исследований, которые анализируют только эксплуатационные нагрузки, наша методика учитывает и производственные факторы. Мы рассматриваем трубу с момента ее формирования, включая остаточные напряжения», — отметила доцент ПНИПУ Анна Каменских.
По словам разработчиков, программа позволяет выявлять потенциальные уязвимости до начала производства и корректировать конструкцию или технологию. Это снижает риск аварий и повышает надежность трубопроводов.
В перспективе технология может лечь в основу новых стандартов проектирования и методов неразрушающего контроля. Возможность раннего прогнозирования дефектов особенно важна на фоне роста использования ПАТ в России — по прогнозам, к 2030 году объем строительства таких трубопроводов увеличится более чем вдвое.
Ранее в России нашли способ очистить воздух от выбросов канализации на 96%.