Pipeline stress analysis under supporting structure vibrations

• Autorzy: Zachwieja J.

Warianty tytułu

PL

Analiza stanu naprężenia w drgających rurociągach przy wymuszeniu drganiami konstrukcji wsporczej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The pipelines are subject to various constraints variable in time. Those vibrations may result in both the fatigue damage in the pipeline profile at high stress concentration and the damage to the pipeline supports. If the constraint forces are known, the system response may be determined with high accuracy using analytical or numerical methods. In most cases, it may be difficult to determine the constraint parameters, since the industrial pipeline vibrations are due to the dynamic effects of the medium in the pipeline. In that case, a vibration analysis is a suitable alternative method to determine the stress strain state in the pipeline profile. If a straight pipe section supported on both ends is excited by the bending moments in the support profile, the starting point for the stress analysis are the strains, determined from the Euler–Bernoulli equation. In practice, it is easier to determine the displacement using the experimental methods, since the factors causing vibrations are unknown. The industrial system pipelines, unlike the transfer pipelines, are straight sections at some points only, which makes it more difficult to formulate the equation of motion. In those cases, numerical methods can be used to determine stresses using the kinematic inputs at a known vibration velocity amplitude and frequency. The study presents the method to determine the stresses.

PL

Rurociągi podlegają różnym, zmiennym w czasie wymuszeniom. Drgania mogą powodować zarówno uszkodzenia zmęczeniowe rur, jak też uszkodzenia podpór. Jeśli wielkość i charakter wymuszenia oraz sztywności podpór są znane, wówczas odpowiedź układu może być określona z dużą dokładnością metodami analitycznymi lub numerycznymi. W większości przypadków, nie jest jednak łatwym określenie parametrów wymuszenia ponieważ drgania rurociągu przemysłowego są wywołane zarówno dynamicznym oddziaływaniem przepływającego płynu jak też drganiami konstrukcji wsporczej. Wiadomo, że w przypadku odcinka rury podpartego na końcach, jego odpowiedź na wymuszenie w dowolnym przekroju na długości odcinka może być określona przez pomiar parametrów drgań w dwóch różnych przekrojach zlokalizowanych między podporami. Jeżeli prosty, podparty na końcach odcinek rury jest wzbudzany momentami gnącymi działającymi w przekrojach podparcia, to punktem wyjścia dla analizy stanu naprężenia są odkształcenia, które można wyznaczyć z równania Bernoulliego-Eulera. W praktyce prościej jest określić przemieszczenia metodą doświadczalną, bowiem czynniki wzbudzające drgania nie są znane. Rurociągi instalacji przemysłowych, w przeciwieństwie do rurociągów przesyłowych, tylko w pewnych fragmentach są odcinkami prostymi, co utrudnia formułowanie równań ruchu. W tych przypadkach do wyznaczenia naprężeń można stosować metody numeryczne, wprowadzając do obliczeń wymuszenia kinematyczne o znanej wartości amplitudy prędkości drgań i częstotliwości. Taki sposób wyznaczania naprężenia jest przedstawiony w pracy.

Słowa kluczowe

EN

pipeline vibrations; natural vibrations; transverse vibrations; resonance frequencies

PL

drgania; rurociąg; częstości własne; drgania poprzeczne; częstości rezonansowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 18, No. 2
• Strony: 23--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Zachwieja J.

• University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz, Faculty of Mechanical Engineering, Bydgoszcz

Bibliografia

• 1. De Jong C. Analysis of pulsations and vibrations in fluid-filled pipe systems. Ph.D. Thesis, Technische Universiteit Eindhoven, 1994.
• 2. Finnveden S. Spectral finite element analysis of the vibration of straight fluid-filled pipes with flanges. Journal of Sound and vibration, 1997;199:125-154.
• 3. Norton MP, Pruiti A. Universal prediction schemes for estimating flow-induced industrial pipeline noise and vibration. Applied Acoustics, 1991;33: 313-336.
• 4. Finnveden S, Pinnington RJ. A velocity method for estimating dynamic strain and stress in pipes. Journal of Sound and Vibration, 2000;229(1): 147-182.
• 5. Paigdoussis MP. Fluid-Structure Interactions, vol. 1, Slender Structures and Axial Flow, San Diego, CA: Academic Press Inc. 1998.
• 6. Thurman AL, Mote CD. Non-linear oscillation of a cylinder containing flowing fluid. Journal of Engineering for Industry1969;91:1147-1155.
• 7. Dupuis C, Rousselet J. The equations of motion of curved pipes conveying fluid, Journal of Sound and Vibration, 1992, 153:473-489.
• 8. Lee U, Pak CH, Hong SC. The dynamics of a piping system with internal unsteady fow. Journal of Sound and Vibration, 1995; 180:297-311.
• 9. Gorman DG, Reese JM, Zhang YL. Vibration of a fexible pipe conveying viscous pulsating fuid flow. Journal of Sound and Vibration, 2000;230: 379-392.
• 10. Semler C, Li GX, Paigdoussis MP. The non-linear equations of motion of pipes conveying fluid, Journal of Sound and Vibration, 1994;169: 577-599.
• 11. Semler C, Paigdoussis MP. Non-linear analysis of the parametric resonances of a planar fluid-conveying cantilevered pipe, Journal of Fluids and Structures, 1996;10:787-825.
• 12. Lee SI, Chung J. New non-linear modelling for vibration analysis of a straight pipe conveyning fluid, Journal of Sound and Vibration, 2002(254(2):313-325.
• 13. Ashley A, Haviland G. Bending Vibrations of a Pipeline Containing Flowing Fluid". J.Appl.Mech, 1950;17:229-232.
• 14. Housner GW. Bending Vibrations of a Pipe Line Containing Flowing Fluid, J.Appl.Mech., 1952;19:205-208.
• 15. Jweeg J, Ntayeesh J. Determination of Critical Buckling Velocities of Pipes Conveying Fluid Rested on Different Supports Conditions. International Journal of Computer Applications, 2016, 134(10):34-42.
• 16. Nimitz W. Reliability and performance assurance in the design of reciprocating compressor installations - Part I: Design criteria. Purdue Compressor Technology Conference, 1974.