Учёные Пермского Политеха совместно с нефтяной компанией «ЛУКОЙЛ» разработали компьютерную программу, которая прогнозирует появление скрытых дефектов в полимерных армированных трубах. В отличие от традиционных методов, новая система не ищет уже готовые повреждения, а рассчитывает риски их возникновения ещё на стадии проектирования, сообщили интернет-газете «ЖУК» в пресс-службе ПНИПУ.
Трубы из армированного пластика (ПАТ) считаются перспективной заменой стальным: они не ржавеют, служат до 50 лет и в два раза легче. Но у них есть ахиллесова пята — внутренние повреждения, которые невозможно увидеть. Непроклеенные слои, неравномерная укладка стекловолокна, микротрещины — все это годами может никак не проявлять себя, а потом привести к разрыву трубы под давлением. Обычные методы контроля здесь бессильны.
Пермские учёные подошли к проблеме с другой стороны. Вместо диагностики готовых изделий они создали цифровую модель производства, которая показывает: возникнут ли дефекты в принципе.
«Работа алгоритма разбита на три шага, которые соответствуют этапам реального производства. На первой стадии инженеры вводят в систему все исходные данные из проекта разработки: содержание стекловолокна от 10% до 65%, угол укладки волокон и количество слоёв (например, 2, 4 или 7), свойства связующего вещества — его эластичность и усадку при отверждении, а также технологическую температуру процесса. На основе этих параметров программа рассчитывает фундаментальные технические показатели будущей трубы — её прочность, жёсткость или упругость, а также поведение при растяжении, сжатии или нагреве», — рассказала Ляйсан Сахабутдинова, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика», кандидат технических наук.
На втором этапе программа послойно собирает виртуальную трубу и вычисляет внутренние напряжения, которые могут остаться в материале после производства. Третий шаг — проверка под нагрузкой. Компьютер разбивает конструкцию на миллионы элементов и смотрит, что произойдёт с каждым из них, если по трубе пойдёт нефть или газ под давлением.
Моделирование уже дало первые результаты. Например, выяснилось: труба с семью слоями армирования накапливает гораздо более опасные напряжения, чем двухслойная.
«В отличие от многих существующих исследований, которые анализируют поведение труб только под эксплуатационной нагрузкой — то есть проверяют, что происходит с готовым изделием, когда по нему уже пускают нефть или газ под давлением, — наша методика работает гораздо глубже. Она начинает с самого начала, учитывая не только то, что происходит с трубой во время её работы, но и то, что возникло в ней на этапе производства», — поделилась Анна Каменских, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика», заведующий лабораторией цифрового инжиниринга машиностроительных процессов и производств, кандидат технических наук.
Разработка позволяет не просто находить слабые места, а убирать их ещё в проекте — менять угол укладки волокон, количество слоёв или состав связующего. По оценкам экспертов, к 2030 году строительство трубопроводов из ПАТ в России вырастет более чем вдвое. И если раньше массовое внедрение пластиковых труб сдерживалось невозможностью проверить их безопасность, то теперь этот барьер снят.
В перспективе алгоритм ляжет в основу новых стандартов диагностики и методов неразрушающего контроля. А значит, трубы станут не только дешёвле и легче, но и предсказуемо надёжными.
Проблема диагностики и ремонта трубопроводов актуальна не только для полимерных, но и для стальных конструкций. Учёные разработали робота для работы внутри труб, который автоматически адаптируется к диаметру труб.