Free vibration of large-diameter, thin-walled oil pipelines considering the influence of longitudinal force and mass of flowing liquid

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study examines the free vibrations of thin-walled, large-diameter oil pipelines, considering the influence of longitudinal force and the mass of flowing liquid. It confirms that these factors critically affect the structural reliability of the pipelines and therefore must be included in calculations. The numerical analysis was based on the semi-instantaneous shell theory, accounting for internal pressure, the thickness of the protective reinforced concrete layer, the soil’s spring constant, and the applied longitudinal force. The results showed that, during oil transport, the natural vibration frequencies of the pipeline decrease more rapidly than during gas transport. Increasing the thickness of the reinforced concrete shell and the internal operating pressure increases the frequencies and the overall stiffness of the system. The soil’s spring constant also place a significant role by offsetting some of the loads and increasing the vibration frequencies. The study confirmed that the longitudinal force has the greatest influence on the dynamic characteristics of the pipeline, leading to a significant decrease in the free vibration frequencies. The findings and established relationships should be used in the design and operation of large oil pipelines in heterogeneous soils to ensure the required stability and minimize the risk of resonance.

About the authors

S. I. Volynets

Industrial University of Tyumen

References

  1. Денисов Г. В. К расчету участков заглубленных магистральных трубопроводов с конструктивными включениями на сейсмическое воздействие. Современные проблемы науки и образования. 2014;(4):200. URL: https://scienceeducation.ru/ru/article/view?id=14133.
  2. Волынец С. И. Колебания тонкостенных неоднородных оболочек в упругой среде с учетом внутреннего рабочего давления. Вести газовой науки. 2021;(4):203–207. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49095501.
  3. Хакимов А. Г., Юлмухаметов А. А. Изгибные колебания трубопровода на упругих опорах с движущейся жидкостью. Многофазные системы. 2019;14(1):10–16. https://doi.org/10.21662/mfs2019.1.002
  4. Шакирьянов М. М. Пространственные нелинейные колебания трубопровода при действии внутреннего ударного давления. Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2019;(6):76–84. https://doi.org/10.1134/S0572329919060114
  5. Шагиев В. Р., Ахтямов А. М. Идентификация закрепления трубопровода с использованием минимального количества собственных частот. Математические структуры и моделирование. 2018;(1):95–107. https://doi.org/10.25513/2222-8772.2018.1.95-107
  6. Акуленко Л. Д., Иванов М. И., Коровина Л. И., Нестеров С. В. Основные свойства собственных колебаний протяженного участка трубопровода. Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2013;(4):119–134. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=20194647.
  7. Sollund H., Vedeld K. A semi-analytical model for free vibrations of free spanning offshore pipelines. Research Report in Mechanics. No. 2. Oslo: University of Oslo; 2012. URL: https://www.duo.uio.no/bitstream/handle/10852/34444/2012-2. pdf?sequence=1
  8. Lazakis I., Gkerekos C., Theotokatos G. Investigating an SVM-driven, one-class approach to estimating ship systems condition. Ships and Offshore Structures. 2018;14(5):432–441. https://doi.org/10.1080/17445302.2018.1500189
  9. Shao Y. F., Fan X., Shu S., Ding H., Chen L.-Q. Natural frequencies, critical velocity and equilibriums of fixed–fixed Timoshenko pipes conveying fluid. Journal of Vibration Engineering & Technologies. 2022;10:1623–1635. https://doi.org/10.1007/s42417-022-00469-0
  10. Xü W., Xie W.-D., Gao X.-F., Ma Y.-X. Study on vortex-induced vibrations (VIV) of free spanning pipeline considering pipe-soil interaction boundary conditions. Chuan Bo Li Xue/Journal of Ship Mechanics. 2018;51:446–453. http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-7294.2018.04.007
  11. Yang X., Yang T., Jin J. Dynamic stability of a beam-model viscoelastic pipe for conveying pulsative fluid. Acta Mechanica Solida Sinica. 2007;20:350–356. https://doi.org/10.1007/s10338-007-0741-x
  12. Xia Tan, You-Qi Tang. Free vibration analysis of Timoshenko pipes with fixed boundary conditions conveying high velocity fluid. Heliyon. 2023;9(4):e14716. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e14716
  13. Флюгге В. Статика и динамика оболочек. Москва: Госстройиздат, 1961.
  14. Ильин В. П. Применение полубезмоментной теории к задачам расчета тонкостенных труб. Проблемы расчета пространственных конструкций. В сб.: Труды МИСИ. Москва: МИСИ; 1980. С. 45–55.
  15. Соколов В. Г., Дмитриев А. В., Волынец С. И. Свободные колебания тонкостенных газопроводов с учетом влияния продольной силы при траншейной прокладке. Жилищное строительство. 2024;(9):67–74. https://doi.org/10.31659/0044-4472-2024-9-67-74
  16. Соколов В. Г., Дмитриев А. В. Свободные колебания подземных прямолинейных тонкостенных участков газопроводов. Вестник гражданских инженеров. 2019;(2):29–34 https://doi.org/10.23968/1999-5571-2019-16-2-29-34

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).