Про моделювання граничних умов у задачі визначення власних частот труби

Abstract

У статті використовуються різні типи скінчено-елементних моделей, включаючи стрижневі (Pipe), оболонкові (Shell) та твердотільні (Solid) які порівнюються з точки зору точності визначення власних частот, особливостей деформацій труби та обчислювальної ефективності. Окрім того, у дослідженні розглянуто варіанти реалізації різних граничних умов, таких як шарнірне та жорстке закріплення. Ці умови мають значний вплив на результати чисельного моделювання, оскільки неправильне їх задання може призвести до суттєвих похибок у визначенні частот коливань. Для забезпечення коректності результатів проведено детальний аналіз впливу способів моделювання кожного типу закріплення на динамічні характеристики трубопроводів. Дослідження показало, що стрижнева модель Pipe забезпечує найкраще наближення до аналітичного рішення, особливо при розрахунках для труб з простою геометрією та лінійними граничними умовами. Окрім того, у статті представлено результати аналізу форм власних коливань, які виявили певні особливості деформацій труби під впливом різних граничних умов. Отримані результати мають важливе значення для подальшого проектування та оцінки ресурсу трубопровідних систем у різних галузях промисловості, зокрема в енергетичній та нафтохімічній сферах.

The article employs various types of finite element models, including beam (Pipe), shell (Shell), and solid (Solid) models, which are compared in terms of accuracy in determining natural frequencies, deformation characteristics of the pipe, and computational efficiency. Additionally, the study examines different implementations of boundary conditions, such as hinged and fixed supports. These conditions have a significant impact on the results of numerical modeling, as incorrect boundary condition assignments can lead to substantial errors in determining vibration frequencies. To ensure the accuracy of the results, a detailed analysis of the influence of modeling methods for each type of boundary condition on the dynamic characteristics of pipelines was conducted. The research revealed that the beam Pipe model provides the closest approximation to the analytical solution, particularly for pipes with simple geometry and linear boundary conditions. Furthermore, the article presents the results of an analysis of the modes of natural vibrations, which identified certain deformation characteristics of the pipe under the influence of various boundary conditions. The findings are of great importance for the further design and evaluation of pipeline systems in various industries, particularly in the energy and petrochemical sectors.