Details

Данная работа посвящена созданию методики и программного прототипа оперативной инженерной проверки трубопроводных систем нефтеперерабатывающих установок на основе их информационных моделей. Тема является актуальной, так как трубопроводы представляют из себя одну из ключевых строительных дисциплин. Ошибки в проектировании трубопроводов могут приводить к большим финансовым потерям, значительному увеличению сроков строительства и росту эксплуатационных рисков. В рамках работы рассматриваются особенности использования цифровых двойников в проектировании трубопроводных систем, анализируются существующие подходы к расчётной проверке и программные средства, представленные на международном рынке. Исходя из анализа, предложена архитектура программного инструмента, реализующая все этапы расчёта, включая идеализацию конструкции, формирование системы уравнений, решение этой системы и подсчёт физических величин, а также формирование корректирующих мероприятий и представление результатов пользователю. Идея расчётной части заключается в представлении трубопровода в виде пространственной рамы. Оптимизация дизайна рассматривается как выбор корректирующих мероприятий с повторной механической проверкой. Результатом работы являются методика и программный прототип, позволяющие осуществить предварительный анализ проектных решений. Полученные результаты могут применяться для анализа регулярно обновляющихся информационных моделей для своевременного выявления потенциально опасных участков и для подготовки рекомендаций специалистам по проверке и доработке отдельных участков трубопровода.

This work is devoted to the development of a methodology and a software prototype for the rapid engineering verification of pipeline systems in oil refining units based on their information models. The topic is relevant because pipelines are one of the key construction disciplines. Design errors in pipelines may lead to significant financial losses, considerable increases in construction time, and higher operational risks. The study examines the use of digital twins in the design of pipeline systems, analyzes existing approaches to computational verification, and reviews software tools available on the international market. Based on this analysis, the architecture of a software tool is proposed. The tool implements all stages of the calculation process, including structural idealization, formulation of the system of equations, solution of this system, calculation of physical quantities, development of corrective measures, and presentation of the results to the user. The concept of the computational part is based on representing the pipeline as a spatial frame. Design optimization is considered as the selection of corrective measures followed by repeated mechanical verification. The result of the work is a methodology and a software prototype that make it possible to perform a preliminary analysis of design solutions. The obtained results can be used to analyze regularly updated information models in order to identify potentially hazardous areas in a timely manner and to prepare recommendations for specialists responsible for checking and refining individual sections of the pipeline.

• ВВЕДЕНИЕ
• Литературный обзор
  • Трубопроводные системы как объект инженерного расчёта
  • Расчёт на прочность и напряжённо-деформированное состояние
  • Балка Тимошенко как основа расчётной модели
  • Метод конечных элементов для стержневых и рамных систем
  • Соединительные и специальные элементы трубопроводов
  • Информационное моделирование, BIM/ТИМ и IFC
  • Дискретный выбор инженерных мероприятий
  • Обзор существующих программных решений
• Описание информационных моделей трубопроводов и постановка задачи
  • Информационная модель трубопроводной системы как источник расчётных данных
  • Состав данных, необходимых для инженерной проверки
  • Представление связей, ветвлений и опор в информационной модели
  • Ограничения и проблемы качества исходных данных
  • Формализация информационной модели для расчёта
  • Постановка задачи статического механического расчёта
  • Постановка задачи прочностной оценки
  • Постановка задачи формирования корректирующих мероприятий
  • Границы применимости и допущения
• Архитектура и программный прототип инструмента
  • Назначение прототипа и общая схема обработки данных
  • Подготовка информационной модели и построение расчётного графа
  • Преобразование графа в конечно-элементную модель
  • Расчётное ядро и постпроцессинг результатов
  • Учёт специальных элементов трубопровода
  • Формирование корректирующих мероприятий
  • Пользовательский интерфейс и артефакты расчёта
  • Сводный алгоритм работы прототипа
• Верификация расчётного модуля
  • Цель и состав верификации
  • Осевое растяжение прямого трубного участка
  • Кручение круглой трубы
  • Изгиб консольной балки Тимошенко
  • Влияние отношения длины к диаметру
  • Балка на двух опорах с равномерно распределённой нагрузкой
  • Проверка пространственной ориентации элемента
  • Проверка пространственной рамы и условий равновесия
  • Проверка корректирующего мероприятия на контролируемом примере
  • Сводные результаты и выводы по главе
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
• Скриншоты расчётных примеров из программного прототипа