Analysis of the influence of friction force on the strains of gas pipeline using the Hilbert-Huang transform

• Autorzy: Lepiarczyk D. , Gawędzki W. , Tarnowski J.

Warianty tytułu

PL

Analiza wpływu sił tarcia na stan odkształceń rury przesyłowej gazociągu przy zastosowaniu transformacji Hilberta-Huanga

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to determine the effect of friction forces on strains of a gas pipeline pipe in conditions of static and dynamic load. The experiments were conducted on a 28-metre section of pipe laid in quartz sand haunching. The source of dynamic loads was artificially generated soil vibration of a pulse character, which can be interpreted as seismic-like waves of mining origin. The static loads were applied by means of an actuator, which allowed the setting of different values of tension force acting along the pipe axis. The dynamic strain and vibration acceleration of the pipeline were measured during the experiments at different values of tension forces. The recorded signals were subjected to the time-domain decomposition by using the Hilbert-Huang transform. The method allows for the correct decomposition of the primary signal that describes the non-stationary and nonlinear phenomena as a sum of quasi-harmonic components whose amplitudes and frequencies are the parametric functions of time. The analysis included the determination of the influence of friction force in contact between the pipe and the sand haunching on the parameters of dynamic strain signals.

PL

Celem badań było określenie wpływu sił tarcia na stan odkształceń rury przesyłowej gazociągu w warunkach obciążenia statycznego oraz dynamicznego. Eksperymenty przeprowadzono na 28-metrowym odcinku rury ułożonej standardowo w gruncie w obsypce z piasku kwarcowego. Źródłem obciążeń dynamicznych rury przesyłowej w trakcie eksperymentów były wywoływane sztucznie drgania gruntu o charakterze impulsowym, które można interpretować jako fale parasejsmiczne pochodzenia górniczego. Obciążenia statyczne rury wywoływane były za pomocą siłownika, umożliwiającego zadawanie różnych wartości siły naciągu działającej wzdłuż jej osi. Podczas eksperymentów dla różnych wartości sił naciągu rury zmierzono sygnały dynamiczne jej odkształceń oraz przyspieszeń drgań. Zarejestrowane sygnały poddano dekompozycji w dziedzinie czasu z zastosowaniem transformacji Hilberta-Huanga. Metoda umożliwia poprawną dekompozycję sygnału pierwotnego na sumę quasi-harmonicznych składowych, których amplitudy oraz częstotliwości są parametrycznymi funkcjami czasu. W ramach analizy określono wpływ wartości siły tarcia w kontakcie rury z obsypką piaskową na wartości parametrów dynamicznych sygnałów odkształceń.

Słowa kluczowe

EN

Hilbert-Huang transform; gas pipeline; pipe; friction; strain; vibration

PL

transformacja Hilberta-Huanga; gazociąg; rura; tarcie; odkształcenie; drganie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 4
• Strony: 145--155
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Lepiarczyk D.

• AGH University of Science and Technology, Department of Machinery Construction and Operation, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Gawędzki W.

• AGH University of Science and Technology, Department of Metrology and Electronics, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Tarnowski J.

• AGH University of Science and Technology, Department of Machinery Construction and Operation, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Abdoun, T. H., et al., Factors influencing the behavior of buried pipelines subjected to earthquake faulting. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 29 (3), 2009, 415–427.
• 2. Honegger, D. G., Wijewickreme, D., Seismic risk assessment for oil and gas pipelines. In Seismic Risk Analysis and Management of Civil Infrastructure Systems. Woodhead Publishing, Part IV, 2013, 682–715.
• 3. Chen, W. W., et al., Seismic response of natural gas and water pipelines in the Ji-Ji earthquake. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 22 (9-12), 2012, 1209–1214.
• 4. Figiel, W., Tarnowski, J., Badania współczynnika tarcia rurociągu i gruntu na terenach górniczych w obecności wstrząsów. Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability, 4, 2005, 55–63.
• 5. Gawędzki W., Analiza wpływu drgań gruntu na odkształcenia rurociągów w warunkach ich dodatkowego obciążenia statycznego, Pomiary, Automatyka, Kontrola, 56 (8), 2010, 879–882.
• 6. Gawedzki W., Tarnowski J., Design and testing of the strain transducer for measuring deformations of pipelines operating in the mining-deformable ground environment. Measurement Science Review, 15 (5), 2015, 256–262.
• 7. Huang N. E. et al., The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis, The Royal Society – Proc. R. Soc. Lond. A, 454, 1998, 903–995.
• 8. Gawędzki W., Serzysko B., Zastosowanie transformacji Hilbert Vibration Decomposition do analizy sygnałów parasejsmicznych w dziedzinie czasu. Przegląd Elektrotechniczny, 91 (8), 2015, 7–10.
• 9. Feldman M., Hilbert Transform Applications in Mechanical Vibration. John Wiley & Sons, Ltd, 2011.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.