СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОДВОДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ПОДВЕРЖЕННОГО ВЫЗВАННОМУ ВОДОРОДОМ РАСТРЕСКИВАНИЮ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ
METHOD TO DESIGN UNDERWATER EQUIPMENT EXPOSED TO STRESS CRACKING CAUSED BY HYDROGEN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится, в общем, к проектированию трубопроводов для подводного оборудования, в частности, к проектированию подводных трубопроводных систем подверженных вызванному водородом растрескиванию под напряжением (Hydrogen Induced Stress Cracking, HISC).
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Общемировое потребление органического топлива в последние несколько десятилетий выросло экспоненциально. В условиях такого роста для удовлетворения постоянно увеличивающийся спроса потребителей, области поиска новых месторождений нефти и газа в нефтегазовой промышленности значительно расширились. Поиск новых нефтегазовых месторождений сегодня включает области, немыслимые ранее для осуществления разведки. Необходимость добычи нефти и газа в подобных областях ставит новый набор задач, которые необходимо решать при проектировании и испытании оборудования, используемого в процессе добычи новых разведанных нефтегазовых месторождений.
[0003] Часть упомянутых областей, включающих значительные нефтегазовые месторождения, расположена на дне океана. В подводной среде новые задачи, связанные с промысловым трубопроводом и эксплуатационным оборудованием, породили новый класс проблем, возникающих при проектировании оборудования, которые иногда называют как “вызванное водородом растрескивание под напряжением” (HISC). В общем случае проблемы HISC формируются двумя факторами окружающей среды, в особенности, наличием ионов водорода на поверхности выполненных из легированной хромом стали конструкций подводного оборудования вследствие погружения упомянутого оборудования в водный раствор.
[0004] Результат упомянутых проблем, связанных с HISC, проявляется как ослабление упомянутых компонентов и конструкций из легированной стали. В дальнейшем могут возникать повреждения компонентов и/или конструкций, что может ставить под угрозу безопасность, приводить к нанесению вреда окружающей среде в виде загрязнения окружающей подводной области, а также к высоким затратам на восстановление, из-за труднодоступности оборудования. Анализ повреждений в подводных системах показал, что учет факторов HISC должен включаться в общий процесс разработки подводного оборудования, конструируемого из определенных материалов (например, нержавеющей стали Duplex и Super Duplex) и используемого при разведке и разработке подводных месторождений нефти и газа.
[0005] Существующие способы анализа и проектирования подводных нефтегазовых добывающих систем, хотя и способны обеспечивать учет HISC, однако требуют большого количества часов машинного вычислительного времени для выполнения анализа одного набора условий. Например, на первом шаге проектирования/оценки, разрабатывают одномерную каркасную модель с центральными линиями, представляющими собой оси системы трубопровода. После построения каркасной модели упомянутые осевые линии заменяют на конечные элементы трубы. Упомянутые элементы трубы могут моделировать все различные типы рабочих и нерабочих условий и позволяют оценивать соответствие требованиям ASME (то есть ASME B31.8).
[0006] На втором шаге упомянутые элементы трубы частично или полностью заменяют на элементы оболочки. Количество заменяемых элементов зависит от секций оцениваемой конструкции. Аналогично элементам трубы, элементы оболочки способны моделировать и рабочие, и нерабочие условия. Однако важной отличительной особенностью элементов оболочки в процессе проектирования является то, что упомянутые элементы оболочки позволяют предсказывать локальные напряжения, а следовательно, обеспечивать оценку линейного HISC (то есть DNV RP-F112). Однако, большое количество различных наборов условий нагрузки, а также множество вычислительных проходов, связанное с обработкой упомянутых элементов оболочки на данном втором шаге может быть недопустимо затратным, как по времени, так и по требованиям к вычислительному оборудованию.
[0007] На третьем шаге элементы, идентифицированные, на базе линейного анализа на втором шаге, как несоответствующие требуемым условиям заменяют трехмерными подмоделями. Анализ выполняют с использованием эластопластических свойств материалов, что позволяет оценить нелинейные условия HISC. Результат упомянутого анализа трехмерных подмоделей позволяет предсказывать локальные напряжения анализируемых элементов.
[0008] Соответственно, спрос на рынке диктует необходимость в способе проектирования подводного нефтегазового оборудования, способного выдерживать жесткие условия подводной среды, без недопустимо высоких затрат, выражающихся во времени анализа и в требованиях к вычислительному оборудованию, в сравнении с существующими методами.
[0009] Примеры осуществления настоящего изобретения относятся к системам и способам анализа и проектирования подводных компонентов и систем для добычи нефти и газа, способных выдерживать условия подводной среды и проблемы, связанные с HISC. Упомянутый способ включает разработку функций преобразования (Transfer Functions, TF) для каждого типа элемента трубы. Например, функции преобразования могут быть разработаны для изгибов, Т-образных разветвлений, сочленений, сварных соединений и т.п., связанных с подводным трубопроводом.
[0010] В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения данные, собранные на первом шаге настоящего способа, передают в соответствующую функцию преобразования. Упомянутая соответствующая функция преобразования основана на исследуемом элементе трубопровода. Упомянутая функция преобразования преобразует собранные данные трубы, в локальные напряжения, связанные с упомянутым элементом трубы, для заданных пользователем условий анализа. Однако, специалистам в настоящей области техники следует понимать, что упомянутые преимущества не следует считать ограничением настоящего изобретения, если только это явно не указано в одном или более пунктах приложенной формулы изобретения.
[0011] В соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения может выполняться серия моделирований для испытуемого элемента трубы с использованием различных условий - без разработки новой функции преобразования для каждого набора условий. Результаты упомянутой серии моделирований формируют профиль локальных напряжений, основанный на различных условиях, что позволяет обеспечивать более точное и надежное проектирование соответствующего элемента трубы. Любой элемент трубы, для которого определено, что он несовместим с упомянутым линейным анализом HISC, обеспечиваемым с помощью упомянутой функции преобразования, может быть проанализирован впоследствии с помощью описанного выше третьего шага настоящего способа анализа HISC. Устранение время- и ресурсно-затратного второго шага из существующих способов анализа HISC позволяет обеспечить проектирование подводных нефтегазодобывающих систем, способных выдерживать условия подводного окружения, с одновременным обеспечением экономичного и своевременного анализа и фазы проектирования, в соответствии с существующими рыночными и промышленными требованиями.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] На приложенных чертежах проиллюстрированы примеры осуществления настоящего изобретения, при этом:
[0013] на фиг.1 изображены модели системы, представляющие три различных типа моделирования в соответствии с существующим уровнем техники;
[0014] на фиг.2 изображена труба с изгибом в 90 градусов для иллюстрации количества FEM-элементов, необходимых при трех различных типах моделирования;
[0015] на фиг.3 показан способ осуществления HISC-оценки на основе модели трубопровода, функций преобразования и трехмерной подмодели в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения;
[0016] на фиг.4 показан способ формирования функций преобразования и осуществление HISC-оценки на основе серии задаваемых пользователем условий в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения;
[0017] на фиг.5 показана общая вычислительная среда для выполнения вычислений, связанных с формированием функций преобразования и осуществлением HISC-оценки в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения;
[0018] на фиг.6 показан компонент функции преобразования, включающий генератор передаточной функции, механизм функции преобразования и хранилище функции преобразования в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения;
[0019] на фиг.7 показан элемент изгиба трубы, с иллюстрацией примера независимых переменных, связанных с получением функции преобразования в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения;
[0020] на фиг.8 показан элемент изгиба трубы, с иллюстрацией сил и моментов, воздействующих на этот элемент изгиба трубы в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения; и
[0021] на фиг.9 показан элемент изгиба трубы, с иллюстрацией предсказанных точек максимального напряжения упомянутого элемента изгиба трубы в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0022] В дальнейшем подробном описании примеров осуществления настоящего изобретения осуществляются ссылки на приложенные чертежи. Аналогичные числовые позиции на различных чертежах описывают одни и те же или аналогичные элементы. При этом приведенное ниже подробное описание не ограничивает настоящее изобретение. Напротив, объем настоящего изобретения определен исключительно приложенной формулой изобретения.
[0023] Чтобы предоставить контекст для дальнейшего описания, связанного с формированием функции преобразования и использованием сформированных функций преобразования в системах оценки HISC в соответствии с упомянутыми примерами осуществления настоящего изобретения, на фиг.1 схематично проиллюстрированы модели трубопроводов, связанные с существующими методами проектирования систем. В соответствии с предшествующим описанием в упомянутых способах применяют три системы моделирования, проиллюстрированные с помощью системы 100, причем упомянутые способы включают три шага. На первом шаге строят каркасную модель системы трубопровода с использованием линий 108 трубопровода, совпадающих с осями трехмерных труб. После построения упомянутой каркасной модели упомянутые линии заменяют на элементы 104 трубы, представляющие систему трубопровода и предоставляющие данные (площадь, масса и т.п.), связанные с проектируемой системой трубопровода. Результатом первого шага является получение модели 102 трубы.
[0024] Далее, на втором шаге, модель трубы, полученную на первом шаге, полностью или частично заменяют на элементы 110 оболочки. Результирующая модель 106 оболочки способна моделировать рабочие условия, случайные условия или условия с ударными воздействиями, что позволяет осуществлять оценку линейных условий HISC. Целью данной модели является предсказание локальных напряжений элементов трубы.
[0025] При переходе к третьему шагу для каждого элемента трубы определяют, соответствует ли он линейной оценке HISC. Если определено, что какой-либо элемент трубы не подходит для линейной оценки HISC, то для упомянутого элемента 114 трубопровода формируют трехмерную подмодель 112. Упомянутую трехмерную модель 112 затем моделируют с использованием эластопластических свойств материалов, с получением нелинейной оценки HISC. После моделирования трехмерной подмодели 112 выполняют определение, касающееся допустимости упомянутого элемента трубы в текущем проекте.
[0026] На фиг.2 показан еще один пример 200 осуществления способа проектирования систем трубопроводов, применяемого на существующем уровне техники, представленный элемент изгиба трубы для трех различных моделей проиллюстрирует относительную сложность различных моделей. Изгиб с одноосевым элементом 202 представляет собой модель, используемую для описанного выше первого шага 102. Данная модель требует меньше всего входных данных и наименьшее количество вычислительного времени. Например, продемонстрированный элемент 202 одноосевого изгиба имеет двенадцать степеней свободы, по шесть для каждой стороны данного элемента.
[0027] Элемент 204 изгиба трубы с элементами 206 оболочки представляет собой более сложную модель, при этом каждый элемент 206 оболочки имеет 24 степени свободы. Элементы 206 оболочки объединены, чтобы представить поверхность элемента 204 изгиба трубы, при этом они требуют значительно большего объема вычислений для каждого элемента 206 оболочки помимо того, что для представления поверхности элемента 204 изгиба трубы требуется много подобных элементов 206. Трехмерная подмодель 208 с трехмерными элементами 210 является наиболее сложной моделью, поскольку она моделирует всю структуру изгиба. Трехмерные элементы 210 и элементы 206 оболочки имеют аналогичные степени свободы, и соответственно, вычислительную сложность, однако в трехмерной подмодели 208 необходимо значительно больше трехмерных элементов для описания упомянутой структуры. В соответствии с этим, вычислительное время, необходимое для изгиба, моделируемого с помощью трехмерных элементов, значительно превышает вычислительное время, необходимое для изгиба, моделируемого с помощью элементов оболочки. Тем не менее, в существующих способах проектирования второй шаг 106 моделирования оболочки выполняют для всей системы трубопровода, тогда как третий шаг 112 моделирования с использованием трехмерных подмоделей применяют только к тем элементам трубы, которые считают несовместимыми с линейным HISC, исходя из анализа модели оболочки.
[0028] Далее, на фиг.3 проиллюстрирован способ 300 выполнения HISC-оценки на основе модели трубопровода, функций преобразования и трехмерной подмодели в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения. Сначала, на шаге 302, формируют модель трубы, представляющую систему трубопровода. Затем строят каркасную модель из линий, представляющих оси труб в системе. Затем, каркасные линии заменяют на соответствующие им элементы трубы. Каждый элемент трубы дает связанные с ним реальные данные, такие как площадь, масса и т.п., представляющие фактическую конфигурацию системы трубопровода.
[0029] Далее, на шаге 304, получают результаты моделирования трубопровода для каждого элемента трубы и передают их в связанную с элементом трубы функцию преобразования. Упомянутая функция преобразования вычисляет предсказание локальных напряжений элементов путем постобработки сил и моментов в упомянутой модели трубопровода. Способ, которым может задаваться упомянутая функция преобразования в соответствии с примерами осуществления настоящего изобретения, описан ниже. Далее, на шаге 306 вычисленные значения локального напряжения оценивают на соответствие линейному HISC. Соответствие определяют путем сравнения вычисленных значений локальных напряжений со стандартными технологическими допусками. В частности, линейное соответствие оценивают путем рассмотрения, для каждого компонента: 1) максимального мембранного напряжения в главных направлениях, 2) максимального мембранного напряжения в сочетании с напряжением изгиба в главных направлениях и 3) напряжений по Мизесу (эквивалентных) с использованием комбинации просто мембранного напряжения и напряжения изгиба.
[0030] Далее, на шаге 308, выполняют определение, соответствует ли упомянутый элемент трубы линейной оценке напряжений. Если элемент трубы не соответствует линейной оценке напряжений, то способ 300 переходит к шагу 310. На шаге 310 способ моделирует упомянутый элемент трубы с помощью трехмерной подмодели. Трехмерная подмодель осуществляет нелинейную оценку HISC путем предсказания локальных напряжений в упомянутом элементе трубы. Если данный элемент трубы не соответствует нелинейной оценке HISC, то данный элемент трубы необходимо проектировать заново. Если элемент трубы соответствует нелинейной оценке HISC, то способ 300 переходит к шагу 312, при этом выполняется определение, требуется ли оценка каких-либо еще элементов трубы. Если имеются дополнительные элементы трубы, которые требуют оценки, то способ 300 возвращается к шагу 306 и повторяется для следующего элемента трубы. Например, соответствие нелинейному HISC-анализу оценивают с помощью приблизительного или, при необходимости, точного определения. В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения упомянутое определение выполняют только для тех элементов трубы, предсказанные напряжения которых незначительно ниже пределов HISC. Способ, соответствующий данному примеру осуществления настоящего изобретения, обеспечивает результаты в пределах плюс/минус пяти процентов толщины стенки, и формирует графики зависимости напряжения от толщины стенки, однако специалистам в настоящей области техники необходимо понимать, что могут использоваться и другие пределы. Графики формируются автоматически для любых секторов, в которых сосредотачиваются напряжения. В другом аспекте данного примера осуществления настоящего изобретения графики формируют также в секторах, отстоящих на одинаковом расстоянии от упомянутого сектора с изогнутым окончанием.
[0031] На фиг.4 проиллюстрирован способ 400 формирования функций преобразования и применения упомянутых функций преобразования для повторяемых вычислений с использованием различных, задаваемых пользователем условий, без формирования новых функций преобразования, в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения. Сначала, на шаге 402, способ формирует функции преобразования путем моделирования множества комбинаций размеров элемента трубы для каждого типа нагрузки, прикладываемого к упомянутому элементу трубы. Затем, на шаге 404, задаваемые пользователем условия подают в качестве входных данных в функцию преобразования. Далее, на шаге 406, применяют функции преобразования и получают вычисленные с помощью упомянутых функций преобразования локальные напряжения элемента трубы.
[0032] Затем, на шаге 408, выполняют определение, касающееся дополнительных вычислений с использованием отличающегося набора задаваемых пользователем условий. Если необходимы дополнительные преобразования, с использованием другого множества задаваемых пользователем условий, то способ возвращается к шагу 404 и повторяет преобразование без формирования новой функции преобразования на основе обновленных задаваемых пользователем условий. Следует отметить, что элементом оптимизации, присущим способу в соответствии с данным примером осуществления настоящего изобретения, является способность вычислять локальные напряжения элемента трубы для различных задаваемых пользователем условий без необходимости формирования новых функций преобразования, исходя из новых задаваемых пользователем условий.
[0033] На фиг.5 проиллюстрирован пример соответствующей среды 500 вычислительной системы, где может быть реализовано настоящее изобретение. Следует отметить, что упомянутая среда 500 вычислительной системы представляет собой лишь один из примеров вычислительной среды, подходящей для мобильного устройства, и не должна служить ограничением рамок или функциональности настоящего изобретения. Также упомянутая вычислительная среда 500 не предполагает какой-либо зависимости или требований, связанных с настоящим изобретением, относительно какого-либо компонента, или какой-либо комбинации компонентов, проиллюстрированных в примере операционной среды 500.
[0034] Со ссылками на фиг.5 описан пример удаленного устройства для реализации различных описанных в настоящем документе аспектов, который включает вычислительное устройство общего назначения в виде компьютера 510. Компоненты компьютера 510 могут включать, без ограничения перечисленным, процессорный блок 520, системную память 530 и системную шину 521, которая связывает различные системные компоненты, включая системную память 530, с процессорным блоком 520. Системная шина 521 может иметь любой из множества типов шинных структур, включая шину памяти или контроллер памяти, периферийную шину или локальную шину, с применением любой из множества различных шинных архитектур.
[0035] Компьютер 510 может включать множество различных машиночитаемых носителей. Машиночитаемые носители могут представлять собой любые существующие носители, к которым компьютер 510 может осуществлять доступ. В качестве примера, а не ограничения, машиночитаемые носители могут включать компьютерные носители для хранения данных и среды связи. Компьютерные носители для хранения данных включают энергозависимые и энергонезависимые, а также съемные и несъемные носители, реализованные с использованием любого способа или технологии хранения информации, например, машиночитаемых инструкций, структур данных, программных модулей или других данных. Компьютеры носители для хранения данных включают, без ограничения перечисленным, RAM, ROM, EEPROM, флэш-память или иные технологии памяти, CDROM, универсальные цифровые диски (digital versatile disks, DVD) или иные оптические дисковые хранилища, магнитные кассеты, магнитную пленку, магнитные дисковые хранилища или иные магнитные устройства хранения, которые могут использоваться для хранения необходимой информации, и к которым компьютер 510 может осуществлять доступ. Среды передачи могут включать машиночитаемые инструкции, структуры данных, программные модули или другие данные в модулированном сигнале данных, например, в несущей волне, или в ином механизме транспортировки, и могут включать также любые подходящие среды доставки информации.
[0036] Системная память 530 может включать компьютерный носитель для хранения данных в виде энергозависимой и/или энергонезависимой памяти, например, памяти в режиме “только для чтения” (read only memory, ROM) и/или памяти с произвольным доступом (random access memory, RAM). Базовая система ввода/вывода (basic input/output system, BIOS), включающая основные подпрограммы, способствующие передаче информации между элементами компьютера 510, например, при его запуске, может храниться в памяти 530. Память 530 может также содержать данные и/или программные модули, которые напрямую доступны и/или над которыми в текущий момент выполняет операции процессорный блок 520. В качестве неограничивающего примера, память 530 может также включать операционную систему, прикладные программы, другие программные модули, а также данные программ.
[0037] Компьютер 510 может также включать другие съемные/несъемные, энергозависимые/энергонезависимые компьютерные носители для хранения данных. Например, компьютер 510 может включать привод жесткого диска, который осуществляет чтение или запись на несъемный энергонезависимый магнитный носитель, привод магнитного диска, который осуществляет чтение или на съемный энергонезависимый магнитный диск и/или привод оптических дисков, который осуществляет чтение или запись на съемный энергонезависимый оптический диск, например, CD-ROM или другие оптические носители. В данном примере операционной среды могут также использоваться другие съемные/несъемные, энергозависимые/энергонезависимые компьютерные носители для хранения данных, включая, без ограничения перечисленным, кассеты с магнитной пленкой, карты флэш-памяти, универсальные цифровые диски, цифровую видеопленку, твердотельную RAM, твердотельную ROM и т.п. Привод жесткого диска может быть соединен с системной шиной 521 через интерфейс несъемной памяти, и привод магнитных дисков, или привод оптических дисков, может быть соединен с системной шиной 521 с помощью интерфейса съемной памяти.
[0038] Пользователь может вводить команды и информацию в компьютер 510 с помощью устройств ввода, например, клавиатуры или указывающего устройства, такого как мышь, трекбол, тачпад и/или другие указывающие устройства. Другие устройства ввода могут включать микрофон, джойстик, игровой контроллер, спутниковую тарелку, сканер и т.п. Эти и/или другие устройства ввода могут соединяться с процессорным блоком 520 через интерфейс 540 пользовательского ввода и связанный с ним интерфейс (или интерфейсы), которые подключены к системной шине 521, однако они могут быть также подключены с помощью других интерфейсов и шинных структур, например, параллельного порта, игрового порта или порта универсальной последовательной шины (universal serial bus, USB). Графическая подсистема может также быть соединена с системной шиной 521. Кроме того, монитор или дисплей другого типа может быть подключен к системной шине 521 через какой-либо интерфейс, например, интерфейс 550 вывода, который может, в свою очередь, взаимодействовать с видеопамятью. В дополнение к монитору, компьютеры могут также включать другие периферийные устройства вывода, например, громкоговорители и/или принтер, которые также могут быть соединены посредством интерфейса 550 вывода.
[0039] Компьютер 510 может функционировать в сетевом или распределенном окружении с использованием логических соединений с одним или более дополнительными удаленными компьютерами, например, удаленным сервером 570, который, в свою очередь, обладает медиа-возможностями, отличающимися от устройства 510. Удаленный сервер 570 может быть персональным компьютером, сервером, маршрутизатором, сетевым PC, устройством одноранговой сети или другим узлом сети общего доступа, и/или любым другим устройством потребления или передачи медиаданных, при этом оно может включать любой из элементов (или все элементы), описанные выше относительно компьютера 510. Логические соединения, продемонстрированные на фиг.5, включают сеть 571, например, локальную вычислительную сеть (local area network, LAN) или глобальную вычислительную сеть (wide area network), но могут также включать другие сети/шины. Подобные сетевые окружения широко распространены в квартирах, офисах, корпоративных сетях, интранет и Интернет.
[0040] При использовании в сетевом окружении LAN компьютер 510 соединяют с LAN 571 через сетевой интерфейс или адаптер. При использовании в сетевом окружении WAN компьютер 510 может включать коммуникационный компонент, например, модем, или другие средства установления связи по WAN, например, Интернет. Коммуникационный компонент, например, модем, который может быть внутренним или внешним, может подключаться к системной шине 521 посредством интерфейса пользовательского ввода на входе 540 и/или посредством другого подходящего механизма. В сетевом окружении программные модули, показанные в связи с компьютером 510 или его фрагментами, могут храниться в удаленном запоминающем устройстве хранения. Следует понимать, что показанные и описанные сетевые соединения являются всего лишь примерами, и что могут быть использованы другие средства установления линии связи между компьютерами.
[0041] Обратимся теперь к фиг.6, где показан компонент 602 функции преобразования в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения, который включает генератор 604 функции преобразования, механизм 606 функции преобразования и хранилище 608 функции преобразования. Следует отметить, что упомянутый компонент функции преобразования в данном примере осуществления настоящего изобретения сохранен в системной памяти 530 вычислительной среды 510 и выполняется с помощью процессорного блока 520 вычислительной среды 510. Генератор функции преобразования обеспечивает создание функций преобразования, связанных с элементами трубы, которые устанавливают зависимость локальных напряжений в элементе трубы с нагрузками, прикладываемыми к данном элементу трубы. Уравнение функции преобразования второго порядка для объединенной нагрузки в заданном местоположении (узле) будет выглядеть как:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>S</mi><mrow><mi>F</mi><mi>i</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>c</mi><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>*</mo><mi>R</mi><mi>o</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub><mo>*</mo><mi>R</mi><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mn>3</mn></msub><mo>*</mo><mi>R</mi><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub><mo>*</mo><mi>A</mi><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mn>5</mn></msub><mo>*</mo><mi>R</mi><mi>o</mi><mo>*</mo><mi>R</mi><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mn>7</mn></msub><mo>*</mo><mi>R</mi><mi>o</mi><mo>*</mo><mi>R</mi><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mn>5</mn></msub><mo>*</mo><mi>R</mi><mi>o</mi><mo>*</mo><mi>A</mi><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mn>9</mn></msub><mo>*</mo><mi>R</mi><mi>i</mi><mo>*</mo><mi>R</mi><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo>…</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>*</mo><mi>R</mi><msup><mi>o</mi><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>2</mn></mrow></msub><mo>*</mo><mi>R</mi><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo>…</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>a</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>5</mn></mrow></msub><mo>*</mo><mi>A</mi><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>                                                                                                 </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>У</mi><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>в</mi><mi>н</mi><mi>е</mi><mi>н</mi><mi>и</mi><mi>е</mi><mtext>  1)</mtext></mtd></mtr></mtable>
Fi
1
n
где S=напряжение (S), вызванное заданной силой или моментом (F, М) в направлении (i); с=константа; a…a=коэффициенты; Ro=внешний радиус; Ri=внутренний радиус; Ab=угол изгиба; и
b
R=радиус изгиба, см. также переменные 700 в соответствии с изображением фиг.7.
Fi@node
Fi@node
Исходя из того факта, что распределение напряжений линейно зависит от нагрузки, формируют функции преобразования для необъединяемых нагрузок как произведение необъединяемой нагрузки в узле и напряжения в этом узле (S=Li*S) в соответствии с вычислениями уравнения 1. Например, создают функции преобразования для каждого компонента напряжения (например, радиального напряжения, осевого напряжения, стягивающего напряжения и т.п.) и для каждого типа нагрузки общее напряжение компонента оценивают как:
Sradial@node=L1*SF1_radial@node+L2*SF2_radial@node+L4*SM1_radial@node…L6*SM3_radial@node
где S=напряжение; L=нагрузка; F=сила, а М=момент, см. силы/моменты 800 проиллюстрированные на фиг.8. Следует отметить, что аналогичные уравнения выводят для стягивающего напряжения, осевого напряжения и т.п. Также следует отметить, что в соответствии с примерами осуществления настоящего изобретения функцию преобразования формируют для каждого типа нагрузки, и соответственно, общее локальное напряжение вычисляют путем суммирования значений напряжений для каждого типа нагрузки. Такое суммирование является корректным, поскольку упомянутые напряжения являются составными, например, стягивающее напряжение, радиальное напряжение и т.п.
1
2
[0042] В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения функции преобразования формируют только для узлов, где концентрируется напряжение. Например, в месте изгиба, напряжение концентрируется в одной или более точке 900 напряжения в проектируемой системе, в соответствии с изображением на фиг.9. Проиллюстрированные на фиг.9 секции указывают на типичные точки концентрации напряжений. Исходя из комбинации нагрузок, одна из секций может испытывать большее напряжение, чем остальные. Например, напряжение в результате давления испытывает сектор / ANG, тогда как напряжение в результате поперечного смещения испытывает сектор 1/3 ANG. При этом угловые положения могут меняться, в зависимости от комбинации нагрузок. По ряду причин функции преобразования формируют в двадцати четырех различных угловых положениях. Максимум может приходиться на точку, расположенную между двумя последовательными местоположениями, соответственно, окончательную оценку выполняют путем интерполяции. В общем, анализ изгиба в данном примере осуществления настоящего изобретения задействует четыреста тридцать две функции преобразования, основанные на местоположениях, составляющих сил и типах сил.
[0043] Механизм 606 функций преобразования обеспечивает исполнение соответствующей функции преобразования с необходимыми данными из построенной ранее модели трубопровода для преобразования структурных входных данных в значения локальных напряжений элемента трубы. В еще одном примере осуществления настоящего изобретения механизм 606 функций преобразования может циклически проходить через серию наборов входных данных и преобразовывать входные данные в соответствующую серию значений локальных нагрузок элемента трубы. Альтернативно, локальный механизм 606 функций преобразования может передавать данные, полученные из модели трубопровода, в удаленный механизм 606 функций преобразования, расположенный на другом компьютере, имеющем соединение с возможностью осуществления связи с локальным механизмом 606 функций преобразования для обработки входных данных в значения локальных напряжений элемента трубы. Таким образом, обработка данных может выполняться на любом из компьютеров, локальном или удаленном (или на обоих).
[0044] Компонент 608 хранения функций преобразования обеспечивает хранение сформированных функций преобразования, так что функции преобразования могут быть использованы повторно для последующего запуска дополнительного моделирования. В одном, неограничивающем примере, могут появляться новые, задаваемые пользователем условия как результат изменения конфигурации трубопровода, при этом применяемые функции преобразования могут быть вызваны без необходимости формирования нового набора функций преобразования. В другом неограничивающем примере сохраненные функции преобразования могут быть переданы в другую компьютерную систему и храниться или исполняться на удаленном узле.
[0045] В настоящей заявке такие термины как “компонент”, “дисплей”, “интерфейс” и т.п. обозначают связанные с компьютером объекты, представляющие собой любое из следующего: аппаратное обеспечение, комбинация аппаратного и программного обеспечения, программное обеспечение или программное обеспечение, находящееся в процессе исполнения, и применяемые к системе для контроля подводного оборудования с учетом HISC. Например, компонент может представлять собой, без ограничения перечисленным, процесс, запущенный на процессоре, процессор, объект, исполняемый модуль, поток вычислений, программу или компьютер. Путем иллюстрации, и приложение, запущенное на сервере, и сервер, могут являться компонентами. Один или более компонентов могут располагаться в процессе и/или потоке вычислений, при этом компонент может быть локализован на одном компьютере и/или распределен между двумя или более компьютерами, промышленными контроллерами, и/или взаимодействующими с ними модулями. Кроме того, следует отметить, что в настоящей заявке такие термины, как “пользователь системы”, “пользователь”, “оператор” и т.п. предназначены для обозначения лиц, управляющих упомянутыми выше объектами, связанными с применением компьютера.
[0046] Описанные выше примеры осуществления настоящего изобретения предназначены для иллюстрации, а не ограничения настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение допускает множество вариаций в деталях его реализации, которые могут быть выполнены на основе описания, приведенного в настоящем документе специалистами в данной области техники. Все подобные вариации и модификации следует считать попадающими в объем настоящего изобретения, определяемый приложенной формулой изобретения. Ни один элемент, действие или инструкция, использованная в описании настоящей заявки, не должна считаться критичной или существенной для настоящего изобретения, если это явно не указано. Также, в настоящем документе выражение “один из” подразумевает включение одного или более элементов.