В Перми разработали методику прогнозирования скрытых дефектов в полимерных трубопроводах
Под землёй и морями проложена глобальная сеть трубопроводов, которые доставляют ресурсы по всему миру. Но стальные трубы подвержены коррозии. Ремонтировать их дорого и рискованно. Альтернативой стали конструкции из армированного пластика. Они лёгкие, стойкие к ржавчине и более долговечные.
Но и здесь не всё так просто. Такие трубы порой имеют скрытые внутренние повреждения – расслоения, неравномерность армирования. И обнаружить эти дефекты «на глаз» невозможно. Здесь нужно действовать на опережение – прогнозировать и предотвращать угрозы ещё на этапе проектирования и производства. Решение предложили учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета.
«Разбивает» на миллионы мелких частей
Специалисты разработали компьютерную программу, которая «предсказывает», где могут появиться дефекты. Система моделирует виртуальную копию будущей трубы и точно рассчитывает, возникнут ли в ней опасные напряжения, если да — где и при каких условиях.
Алгоритм сопровождает все три этапа производства. Сначала инженеры вводят в систему все исходные данные будущей трубы — состав, угол укладки волокон, свойства связующего вещества. На основе этих параметров программа рассчитывает технические показатели трубы — прочность, жёсткость, поведение при растяжении, сжатии или нагреве.
На следующем этапе программа послойно собирает трубу с заданными параметрами и выявляет слабые места. На завершающей стадии трубу проверяют на прочность, имитируя реальные условия эксплуатации. Алгоритм «разбивает» трубу на миллионы мелких частей и проверяет, что происходит с каждой из них под нагрузкой. Именно благодаря такой технологии учёные выяснили, что в трубе с семью слоями армирования напряжения гораздо опаснее, чем в двухслойной.
От невидимой угрозы к измеримым рискам
Таким образом, пермская разработка точно определит все возможные изъяны в готовой трубе и подскажет, как этого избежать — какие изменения нужно внести на стадии производства. Это превращает невидимую угрозу в конкретный, измеримый риск, которым можно управлять ещё на этапе проектирования.
«В отличие от многих существующих исследований, которые анализируют поведение труб только под эксплуатационной нагрузкой — то есть проверяют, что происходит с готовым изделием, когда по нему уже пускают нефть или газ под давлением, — наша методика работает гораздо глубже. Она начинает с самого начала, учитывая не только то, что происходит с трубой во время её работы, но и то, что возникло в ней на этапе производства», — говорит доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика», заведующий лабораторией цифрового инжиниринга машиностроительных процессов и производств, кандидат технических наук Анна Каменских.
Разработкой уже заинтересовались крупные нефтяные компании России.
Ранее учёные Пермского Политеха разработали технологию проектирования трубопроводов для водорода. Методика позволяет точно рассчитывать разрушительные вибрации внутри труб. Разработка обещает сделать водородную инфраструктуру в России надёжнее.