Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2005, №16
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Кубанский государственный аграрный университет
Наименование: Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета
Год издания: 2005
Кол-во страниц: 137
Дополнительно
Вид издания:
Журнал
Артикул: 640553.0001.99
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
УДК 622.011.43 НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОКРЕСТНОСТИ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ПОЛОСТЕЙ-ГАЗОХРАНИЛИЩ Аршинов Г. А. – к. ф.-м. н. Кубанский государственный аграрный университет Исследуется распределение напряжений вблизи эксплуатируемых осесимметрич ных полостей-газохранилищ различной конфигурации. Рассматривается модель режима эксплуатации. Рассмотрим одну из схем режима эксплуатации (рис. 1) осесимметрич ного газохранилища, заложенного в массиве каменной соли на глубине 1000 м. В начальный момент времени (t=0), соответствующий точке А (рис. 1), давление хранимого газа составляет 2 1 20 см / кг P = . Через полгода оно повы шается до 105 2 см / кг и по истечении следующего полугодия снижается до исходного (точка Е на рисунке 1). ρ C D A B E F t
Рисунок 1 – Схема изменения давления газа в хранилище Для исследования зависимости напряженного состояния эксплу атируемых подобным образом газохранилищ необходимо знание законов де формирования каменной соли в различных циклических режимах нагружения и разгрузки. Экспериментально установлено, что циклические нагрузки не влияют на физико-механические свойства галита. Предполагая неизменность механических свойств каменной соли в упомянутом режиме эксплуатации газохранилища и учитывая быстротеч ность процесса релаксации напряжений, будем считать, что при повышении давления газа в полости ползучесть окружающей толщи каменной соли опре деляется лишь соответствующими приращениями напряжений, а при пони жении давления до исходной величины массив переходит в первоначальное состояние, т.е. напряжения, вызванные догрузкой, снимаются. На основе этих предположений методами конечных элементов и упру гих решений исследовалось напряженное состояние вблизи осесимметрич ных эксплуатируемых газохранилищ, заключенных в толще каменной соли (рис. 2). Уравнения, связывающие напряжения и деформации, были приняты в виде [ ] [ ] ∫ τ τ σ δ − τ σ + σ δ − σ ν + σ = ε τ σ τ α − t d ) ( ij ) ( ij G E ) t( ij ) t( ij ) t( ij ) t( ij E ) ( D и 0 2 3 2 (1) с параметрами 2 3 10 299 см / кг E × = ; ν =0,3; α=0,73; 1 2 2 6 10 6 − α − − × = ч ) см / кг ( D (объемный вес галита ) см / кг , 3 3 10 16 2 − × = γ [1]. Результаты расчета напряжений сведены в таблицу. Как и следовало ожидать, свободная от нагрузки полость вызывает более высокую начальную (t=0) концентрацию напряжений по сравнению с заполненной газом под дав лением 20 2 см / кг (колонка А таблицы). В процессе релаксации (участок АВ
рисунка 1) упругие напряжения вблизи хранилищ трансформируются и к концу полугодия (точка В рисунка 1) достигают практически стабильных значений, указанных в колонке В таблицы. Рисунок 2 – Схема к расчету осесимметричного нефтегазохранилища, заключенного в массиве каменной соли В этот момент давление газа в полости мгновенно повышается до 105 2 см / кг (точка С рисунка 1), в результате чего меняется напряженное состоя ние окружающего массива галита (колонка С таблицы), и в целом концентра ция напряжений ослабевает. С течением времени (0,5 года) поле напряжений, Р1=– γ z1 Р2=– γ z
соответствующее догрузке в 85 2 см / кг , порождает новый процесс ползучести вмещающей толщи каменной соли, и к концу года (точка D рисунка 1) на пряжения достигают значений, указанных в колонке D таблицы (размерность напряжений 2 см / кг ). После снижения давления до 20 2 см / кг устанавливается напряженное состояние, соответствующее точке В, остающееся неизменным в промежутке времени ЕF (рисунок 1). Рассмотренный цикл изменения напряженного состояния эксплуати руемого газохранилища повторяется при последующих аналогичных колеба ниях внутреннего давления газа в полости. Список литературы 1. Ержанов, Ж. С. Ползучесть соляных пород / Ж. С. Ержанов, Э. И. Бергман. – Алма-Ата : Наука, 1977.
Таблица – Влияние режима эксплуатации на напряженное состояние газохранилищ Влияние режима эксплуатации на напряженное состояние газохранилища t=0 (точка А) t=0,5 года (точка В) t=0,5 года (точка С) t=1 год (точка D) ϕ , градус ρ σ z σ θ σ ρ σz ρ σ z σ θ σ ρ σz ρ σ z σ θ σ ρ σz ρ σ z σ θ σ ρ σz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Шаровая полость 0 -343 - 63 -343 29 -200 - 71 -200 36 -158 -150 -158 9 -232 -152 -232 16 18 -286 - 90 -307 69 -165 -81 -186 45 -136 -136 -148 14 -179 -142 -188 22 36 -224 -154 -297 104 -141 -127 -190 54 -138 -152 -156 9 -165 -164 -190 24 54 -154 -526 -295 100 -130 -150 -194 52 -157 -144 -161 8 -167 -170 -193 23 72 - 92 -228 -301 63 -89 -174 -186 42 -142 -143 -161 14 -146 -180 -187 22 90 - 62 -318 -314 0 - 67 -200 -187 0 -143 -155 -147 0 -142 -196 -189 0 108 - 93 -285 -305 -64 - 91 -176 -189 -42 -145 -146 -153 -15 -148 -182 -190 22 126 -157 -230 -302 -102 -133 -153 -198 -52 -160 -148 -164 - 9 -170 -173 -196 -23 154 -232 -159 -308 -107 -154 -131 -1% -55 -141 -157 -161 -10 -169 -168 -195 -25 172 -298 - 93 -319 - 71 -171 - 83 -192 -46 -141 -138 -152 -15 -184 -144 -193 -23
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Эллипсоидальная полость (в/а= 0,4) 0 -424 - 83 -424 62 -195 - 64 -195 40 -116 -153 -116 3 -226 -151 -226 13 11 -208 -169 -348 116 -121 - 90 -173 63 -122 -107 -113 12 -157 -135 -172 30 22 -104 -208 -328 81 - 68 -126 -169 46 -116 -126 -120 10 -129 -154 -172 22 36 - 76 -220 -330 39 - 73 -144 -192 22 -133 -139 -143 5 -137 -166 -190 10 59 - 58 -225 -335 18 - 53 -142 -185 15 -122 -136 -135 7 -124 -164 -186 9 90 - 47 -223 -345 - 2 - 41 -138 -182 0 -114 -130 -129 0 -113 -163 -184 0 121 - 59 -241 -337 -19 - 56 -144 -189 -14 -124 -134 -140 - 6 -127 -166 -189 - 8 144 - 77 -237 -335 -40 - 76 -148 -199 -22 -136 -141 -152 - 5 -140 -169 -197 -10 158 -108 -219 -341 -85 - 70 -128 -177 -48 -118 -129 -128 -13 -131 -157 -179 -24 171 -220 -177 -368 -122 -130 - 91 -184 -67 -132 -109 -123 -17 -165 -137 -182 -34 180 -450 - 87 -450 - 66 -208 - 67 -208 -42 -127 -156 -127 - 2 -238 -153 -238 -16
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Цилиндрическая с шаровыми торцами полость (в/а =0,4) 0 -357 - 54 -357 37 -190 - 46 -190 33 -230 -131 -230 14 -229 -130 -229 14 11 -266 -120 -324 106 -149 - 87 -185 58 -171 -142 -187 27 -171 -142 -186 27 22 -145 -230 -310 91 -111 -160 -201 47 -154 -175 -195 21 -154 -175 -194 21 33 - 66 -224 -329 31 - 74 -162 -198 22 -139 -177 -196 12 -139 -177 -195 12 52 - 50 -217 -344 13 - 42 -133 - 182 10 -118 -161 -184 6 -118 -161 -183 6 90 - 43 -226 -358 0 - 36 -130 -184 0 -114 -158 -186 0 -114 -158 -185 0 128 - 50 -220 -353 -13 - 44 -135 -186 - 9 -120 -163 -188 - 5 -120 -163 -187 5 147 - 69 -252 -346 -32 - 79 -168 -209 -22 -144 -184 -206 -12 -144 -183 -205 -12 158 -155 -242 -332 -97 -119 -167 -215 -49 -162 -183 -207 -23 -162 -183 -206 -23 169 -288 -128 -352 -114 -162 - 92 -200 -63 -182 -147 -199 -32 -182 -147 -199 -32 180 -390 - 56 -390 -40 -204 - 49 -204 -36 -242 -134 -242 -17 -240 -131 -240 -17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Цилиндрическая полость с шаровой потолочиной и плоским основанием (в/а = 0,4) 0 -360 - 58 -360 39 -182 - 55 -183 35 -134 -138 -134 3 -221 -139 -221 15 12 -226 -119 -322 104 -144 - 87 -176 56 -121 -128 -129 9 -165 -142 -178 26 24 -148 -232 -309 92 -112 -172 -198 46 -141 -162 -157 5 -154 -186 -192 20 34 - 67 -251 -330 28 - 85 -174 -208 25 -149 -156 -159 12 -149 -186 -205 15 54 -51 -215 -351 7 - 45 -125 -191 10 -117 -125 -135 7 -120 -154 -192 7 90 - 43 -207 -371 5 - 36 -113 -193 1 -116 -116 -129 1 -114 -147 -193 0 126 - 49 -210 -363 3 - 42 -126 -192 0 -115 -129 -132 - 2 -118 -158 -193 - 1 146 - 55 -229 -341 - 3 - 64 -163 -202 - 8 -135 -159 -152 - 7 -136 -185 -202 6 156 -295 -312 -346 -109 -240 -252 -264 -55 -220 -225 -212 - 9 -238 -239 -227 -26 168 -222 - 31 -200 - 18 -161 - 41 -151 -26 -155 -122 -152 -13 -179 -122 -171 -12 180 -148 - 34 -148 - 8 -135 - 36 -135 -11 -172 -141 -172 - 5 -197 -140 -197 0
УДК 622.011.43 КВАЗИСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО И ДЕФОРМИ РОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЯЗКОУПРУГОГО ПОЛУПРОСТРАН СТВА С ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ПОЛОСТЬЮ Аршинов Г. А. – к. ф.-м. н. Кубанский государственный аграрный университет Исследуется релаксация напряжений вблизи осесимметричных полостей раз личной конфигурации. Учитывается нелинейная ползучесть вмещающего массива ка менной соли. Расчетная модель строилась из предположения, что осесимметричная полость глубокого заложения образована в однородном изотропном весо мом массиве, невозмущенное напряженное состояние которого определя ется гидростатическим, линейно зависящим от глубины сжимающим полем напряжений и не испытывает влияния полости при удалении от последней на четыре ее характерных размера. На горизонтальной границе внешнего контура области, определенной четырьмя характерными размерами полости, действует равномерно рас пределенная нагрузка 1 1 z P γ − = , соответствующая давлению массива на глу бине 1z , а на вертикальной – распределенная нагрузка z P γ − = 2 . Нижняя го ризонтальная граница не перемещается в вертикальном направлении (рис. 1). Выделенная область массива аппроксимируется сеткой треугольных ко нечных элементов, представляющих собой сечение меридиональной плос костью кольцевых треугольных элементов, с помощью которых моделиру ется массив с полостью.
Уравнения, связывающие напряжения и деформации, были приняты в виде [ ] [ ] ∫ τ τ σ δ − τ σ + σ δ − σ ν + σ = ε τ σ τ α − t d ) ( ij ) ( ij G E ) t( ij ) t( ij ) t( ij ) t( ij E ) ( D и 0 2 3 2 (1) с параметрами 2 3 10 299 см / кг E × = ; ν =0,3; α=0,73; 1 2 2 6 10 6 − α − − × = ч ) см / кг ( D (объемный вес галита ) см / кг , 3 3 10 16 2 − × = γ [1]. Рисунок 1 – Схема к расчету осесимметричной полости, заключенной в массиве каменной соли Промежуток времени [0, t] делится на некоторое число интервалов ] t, t[ k k 1 + таким образом, чтобы с заданной степенью точности приращение Р1=– γ z1 Р2=– γ z