Тема выпускной квалификационной работы: «Проблемы механики и термодинамики вечномерзлых грунтов при проектировании трубопроводов подземного залегания». Данная работа посвящена численному исследованию напряженно-деформированного состояния трубопроводов в мерзлых грунтах при их оттаивании. Исследуются два метода численного моделирования взаимодействия трубопровода с грунтом: метод грунтовых пружин и связанный термомеханический расчёт с учетом фазового перехода. Производится анализ скорости движения границы фазового перехода в конечно-элементной модели. Задачи, которые решались в ходе исследования: Исследование влияния фазовых переходов на процессы в грунтах. Построение конечно-элементной модели системы “трубопровод – грунт”. Исследование положения межфазной границы. Оценка вертикальных перемещений трубопровода при просадке. Определение эквивалентных по Мизесу напряжений в трубопроводе при данном значении просадки по методу грунтовых пружин. Объект исследования - магистральный трубопровод, исходные данные - его геометрические параметры и физические свойства, термомеханические свойства грунта. По результатам исследований были сделаны следующие выводы: учёт фазового перехода в модели позволяет более точно оценить напряженно-деформированное состояние трубопровода. Подтверждается эффект затухания скорости движения границы фазового перехода со временем. Построенная модель позволяет определять положение данной границы в грунте без непосредственного решения системы уравнений теплопроводности, которое предстает весьма трудоемким в общем виде.

The subject of the graduate qualification work is “Problems of mechanics and thermodynamics of permafrost soils in the design of underground pipelines”. This work is devoted to the numerical study of the stress-strain state of pipelines in frozen soils during thawing season. Two methods of numerical modeling of pipeline-ground interaction are investigated: ground springs method and a thermomechanical calculation considering phase transition in soil. The analysis of the velocity of the boundary of the phase transition in the finite element model is performed. Tasks that were solved during the study: 1. Investigation of the phase transitions in soils. 2. Building a finite-element model of the pipeline–ground system. 3. Analysis of the phase transition boundary velocity and position. 4. Assessment of vertical movements of the pipeline caused by subsidence. 5. Estimation of Mises equivalent stresses in the pipeline with an assessed subsidence value using the ground springs method. The object of study is pipeline with its geometric parameters and physical properties, thermomechanical properties of the soil and climatic information. The results confirm the importance of taking into account the phase transition in the model, that result in a more accurate assessment of the stress-strain state of the pipeline. The results confirm the importance of the damping effect of the phase transition boundary’s velocity, which should be considered. The finite-element model makes it possible to determine the position of this boundary in the soil without directly solving the system of heat conduction equations, which appears to be intensive.

• Введение
• Глава 1. Проблемы прокладки и эксплуатации трубопроводов в условиях вечной мерзлоты.
  • 1.1 Вечномерзлые грунты.
  • 1.2. Проблема оттаивания вечной мерзлоты.
  • 1.3. Пучение и просадка грунтов
  • 1.4. Модель системы “трубопровод – грунт”
  • 1.5 Задача Стефана применимо к модели “трубопровод – грунт”.
• Глава 2. Численное моделирование системы “трубопровод – грунт”.
  • 2.1 Плоская постановка связной термомеханической задачи для системы “трубопровод-грунт”
  • 2.2 Модель с учетом фазового перехода.
  • 2.3 Трехмерная конечно-элементная модель.
• Заключение
• Библиографический список