Метод та система контролю зміни напружено-деформованого стану матеріалу стінок вертикальних сталевих циліндричних резервуарів

Abstract

В роботі запропоновано метод оцінювання зміни НДС матеріалу стінки РВС за даними про переміщення точок її поверхні без визначення сил та навантажень, що діють на резервуар, з використанням згладжуючих сплайнів для відтворення стінки РВС за координатами окремих точок, що дає змогу зменшити вплив похибки вимірювання, з врахуванням просторового переміщення стінки, дефектів форми стінки та впливу зварних з’єднань. Наведено результати експериментальних досліджень та імітаційного моделювання з використанням програмного пакету SolidWorks, які підтверджують адекватність запропонованої математичної моделі та розробленого програмного забезпечення. Розроблено систему для безконтактного дистанційного сканування стінки резервуара з використанням лазера, яка, в комплексі з розробленим програмним забезпеченням, дає змогу методом непрямих вимірювань визначити координати стінки РВС. Розроблено методичне, технічне та програмне забезпечення для реалізації запропонованого методу.

В работе предложен метод оценивания изменения НДС материала стенки РВС по данным о пространственном перемещении точек ее поверхности, каждое из которых зависит от трех координат, без определения сил и нагрузок, действующих на резервуар, который позволяет вычислить все шесть компонент тензора напряжений и интенсивность напряжений. Для учета сварных соединений в разработанной математической модели процесса деформирования стенки РВС предложено рассматривать материал стенки как макроскопически неоднородный и считать известной зависимость модуля Юнга и коэффициента Пуассона, а, следовательно, и параметров Ламе в законе Гука для упругодеформированного тела, от цилиндрических координат. Предложен метод уменьшения влияния хлопунов на точность определения изменения НДС материала стенки резервуара, который состоит в определении участка хлопуна по изменению знака второй производной координат стенки и последующем переведении их таким образом, чтобы вторая производная в два моменты времени имела одинаковый знак. Разработано программное обеспечение для реализации математической модели оценивания изменения НДС материала стенки РВС за перемещениями точек ее поверхности, которое позволяет вычислить все шесть компонент тензора и интенсивность напряжений и построить их графики. Показано, что в качестве данных о перемещении стенки резервуара можно использовать данные отклонения образующих стенки от вертикали, полученные в результате калибровки РВС геометрическим методом. По результатам проведенных экспериментальных исследований на НГДУ "Надворнаянефтегаз" и "Долинанафтогаз" проведено оценивание изменения НДС стенки резервуаров и показано, в каких зонах стенки резервуаров нужно провести дополнительные исследования. Проведены экспериментальные исследования по данным отклонений стенки РВС при гидроиспытании на РВС-2000, № 104, ЛПДС-5С (Ровенская обл. Дубенский р-н, пгт. Смыга) ГП «ПрикарпатЗападтранс», которые подтвердили адекватность разработанных математического и программного обеспечений физической картине процесса. Проведена проверка разработанной модели и программного обеспечения с использованием программного комплекса SolidWorks и показано, что они являются адекватными и могут использоваться для оценивания изменения НДС материала стенок резервуаров. Создана система бесконтактного дистанционного сканирования стенки резервуара с использованием лазера, которая, в комплексе с разработанным программным обеспечением, позволяет методом косвенных измерений определить координаты стенки. Разработано программное обеспечение для дистанционного управления угловым позиционером с использованием LPT порта и для обработки фотографий профиля производящих и расчета координат точек поверхности стенки РВС. Проведено расчет суммарной погрешности разработанной системы и вероятности контроля НДС материала стенок РВС. Проведена апробация разработанных метода и системы определения координат стенки РВС за перемещениями точек ее поверхности в полевых условиях.

The thesis presents a method for estimation of stress-strain state changes in wall material of a vertical cylindrical steel tank using its surface’s points displacements without determining the forces and loads acting on the tank, using smoothing splines to restore tank’s wall using coordinates of individual points on the surface, which allows to reduce the influence of measurement errors, considering wall 3-dimensional displacement, walls form defects and impact welds. The results of experimental studies and simulation using the software package SolidWorks, that confirms the adequacy of the proposed mathematical model and the developed software, are given. A system for contactless remote scanning of tank’s wall using a laser, which, together with developed software, allows to determine the coordinates of the wall using indirect measurement method, are developed. Methodical implementation, hardware and software to realize the proposed method are developed.