Создание и применение математических и компьютерных моделей прогнозирования разрушения нефтепровода с внутренними коррозионными дефектами после длительной эксплуатации на основе оценки трехмерного напряженно-деформированного состояния и объемной повреждаемости, а также технологий искусственного интеллекта

Трубопроводный транспорт имеет огромное экономическое значение для государств Центральной и Восточной Европы. При этом он оказывает минимальное, по сравнению с другими видами транспорта, вредное воздействие на окружающую среду. Срок эксплуатации большинства магистральных нефтегазопроводов Беларуси и значительная часть в России или приближается к плановому, или уже исчерпан, поэтому большое значение имеет их сохранение в работоспособном состоянии. Возможные эксплуатационные повреждения труб ведут к снижению производительности нефтепровода, что обуславливает соответствующий экономический ущерб, а также может приводить к возникновению чрезвычайных ситуаций и наносить вред экологии. Поэтому проблема обеспечения работоспособности системы в безаварийном режиме весьма актуальна. Несмотря на многочисленные исследования, задача оценки эксплуатационной деградации свойств магистральных нефтегазопроводов остается актуальной, но нерешенной задачей. Весьма важным является установление влияния длительной эксплуатации нефтегазотранспортной системы на изменение коррозионной стойкости, электрохимического поведения, сопротивления коррозионно-механическому разрушению и циклической трещиностойкости сталей магистральных нефтегазопроводов, что будет способствовать выяснению механизма деградации трубных сталей от действия коррозионных сред. Как в Республике Беларусь, так и в России развитие моделей и методов математического и компьютерного анализа сложных технических систем, прогнозирование долговечности и ресурса конструкций и систем трубопроводов, резервуаров являются важными направлениями научных исследований. Проект направлен на развитие методов достоверного прогнозирования остаточной прочности и ресурса нефтепроводов, содержащих внутренние коррозионные дефекты, образующиеся в условиях длительной эксплуатации. В проекте рассматривается иерархия задач, связанная с анализом характера концентрации напряжений и развития повреждений, как на уровне единичных точечных коррозионных дефектов, для которых дается оценка критических размеров, так и на уровне моделей множественных дефектов и полноразмерных моделей участков нефтепроводов с локальной точечной и язвенной коррозией. Развиваются численные методы определения опасных объемов материала, подверженного коррозии и работающего в условиях сложно напряженного состояния и неравномерного нагрева, основанные на статистических и вероятностных подходах к оценке параметров поврежденности стенок трубопроводов. Предлагается развитие фундаментальных подходов к аналитическому прогнозу характера концентрации напряжений вблизи поверхностных коррозионных дефектов, учитывающих масштабные эффекты. Экспериментальная часть исследований включает в себя построение и исследование реалистичных моделей образцов металла с точечными малоразмерными коррозионными дефектами на основе данных микро-томографии с последующим детализированным численным моделированием и анализом процессов зарождения и развития повреждений. По результатам работ запланировано получение новых универсальных аналитических оценок, регрессионных зависимостей, численных моделей, а также обученной нейронной сети, позволяющих прогнозировать возникновение опасной концентрации напряжений вблизи коррозионных дефектов (с учетом их характерных размеров, формы, плотности расположения) и достоверно оценивать остаточный ресурс участков нефтепровода, подверженных коррозии. Результаты проекта будут способствовать повышению безопасности, в том числе экологической, трубопроводов, эксплуатирующихся в сложных условиях нагружения и воздействия коррозионных сред в течение длительного времени.