Динамічні процеси при відриві резервуара від днища внаслідок пожежі

Несух Михайло Михайлович

Державний вищий навчальний заклад

«Ужгородський національний університет»

https://orcid.org/0000-0003-2561-110X

Субота Андрій Вікторович

Державний вищий навчальний заклад

«Ужгородський національний університет»

http://orcid.org/0000-0002-8605-344X

Швиденко Андрій Валерійович

Черкаський державний бізнес-коледж

http://orcid.org/0000-0002-7708-8595

Некора Ольга Валеріївна

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0002-5202-3285

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2024-40-17

Ключові слова: відрив резервуара, зварне з’єднання, чисельне моделювання, факторний експеримент, регресійний аналіз

Анотація

Досліджені закономірності зміни параметрів руху частини резервуара після відриву від днища у залежності від його конструктивних параметрів та умов його заповнення. На основі проведених досліджень сформовано математичну модель процесу відриву частини резервуара, яка враховує як геометричні, так і фізичні нелінійності матеріалу. Для обраного дослідження використано методи математичного моделювання, чисельного аналізу та комп’ютерного симулювання. Математичні моделі дозволяють точно описати напружено-деформований стан, а чисельні методи, зокрема методи скінченних елементів та згладжених частинок (SPH), забезпечують точне моделювання взаємодії між елементами конструкції та рідиною. Чисельні експерименти були проведені з використанням програмного комплексу LS-DYNA, що дало змогу визначити основні параметри процесу відриву, такі як максимальні напруження в зоні зварного з’єднання та розподіл деформацій у матеріалі резервуара. Результати чисельного моделювання показали, що основне руйнування відбувається саме в зварних з’єднаннях, через нижчу міцність шва порівняно з основним матеріалом резервуара. Це узгоджується з експериментальними даними, отриманими в лабораторних умовах. Для більш детального аналізу були проведені повний факторний експеримент та регресійний аналіз, що дозволили виявити ключові фактори, які впливають на процес відриву, та встановити емпіричні залежності між параметрами навантаження, матеріалу і геометрії зразків. Побудована регресійна модель демонструє високу кореляцію між обраними факторами та параметрами відриву резервуара. Отримані результати можуть бути використані для прогнозування поведінки сталевих резервуарів під час пожежі та розробки рекомендацій для підвищення їхньої безпеки та міцності з урахуванням умов реальних експлуатаційних навантажень.

Посилання

1. 1. World Fire Statistics 2011–2023. URL: https://www.ctif.org/world-fire-statistics
2. Інформаційно-аналітична довідка про надзвичайні ситуації в Україні, що сталися упродовж 2018–2022 років. URL: https://dsns.gov.ua/uk/operational-information/nadzvicaini-situaciyi-v-ukrayini-2/dovidka-za-rik
3. Коваленко М. М., Сивак В. В. Особливості горіння нафтопродуктів у резервуарах і заходи протипожежного захисту. Пожежна безпека. 2016. Vol. 1. P. 12–18.
4. Грищенко В. В., Кобзев І. С. Аналіз пожежної безпеки об’єктів зберігання нафтопродуктів. Збірник наукових праць Українського науково-дослідного ін-ституту цивільного захисту. 2015. Vol. 2(30). P. 35–41.
5. Омельченко І. І., Рудик К. М., Матяш В. Г. 2017. Оцінка ризиків виник-нення пожеж на резервуарних парках. Вісник Національного університету циві-льного захисту України 26, 91–97.
6. Горбатюк М. В., Гладкий Р. В., Лещенко І. І. Методи забезпечення без-пеки при пожежах на резервуарах з нафтопродуктами. Проблеми пожежної без-пеки. 2018. Vol. 43. Р. 22–28.
7. Шевченко С. В., Андрющенко Д. В., Мартинюк І. О. Проблеми та перс-пективи вдосконалення системи пожежної безпеки на резервуарних парках. Тех-ногенна безпека. 2019. Vol. 2. Р. 57–62.
8. Чернецький В. В. Вплив теплових факторів пожежі на цілісність верти-кальних сталевих резервуарів з нафтопродуктами: дис. канд. тех. наук: 21.06.02. ЛДУБЖД. Львів, 121 с.
9. Wang J., Jin T., Xue J. Mechanical behavior of oil storage tanks exposed to fire: Thermal analysis and structural response. Journal of Constructional Steel Research. 2019. Vol. 153. Р. 307–315.
10. Zhang W., Zhang L., Luo X., Qiu J. Experimental and numerical investigation on the fire resistance of steel storage tanks with different liquid levels. Fire Safety Journal. 2016. Vol. 82. Р. 70–80.
11. Yu X., Li Y., Bai H. Numerical simulation of thermal and structural response of large oil storage tanks under fire conditions. Engineering Failure Analysis. 2020. Vol. 115. Р. 104620.
12. Marzocca D., Hooper S., Budny D. Structural analysis of welded joints in large storage tanks exposed to blast loads. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2017. Vol. 155. Р. 48–57.
13. Belytschko T., Tsay C. S. A stabilized co-rotational finite element for non-linear analysis of structures. International Journal for Numerical Methods in Engineer-ing. 1981. Vol. 17(5). Р. 632–664. doi: 10.1002/nme.1620170508
14. Несух М. М., Субота А. В., Швиденко А. В., Некора О. В. Дослідження процесів руйнування зварних з’єднань в умовах відриву корпусу вертикальних сталевих резервуарів від днища під час пожежі. Municipal Economy of Cities. 2024. Vol. 4(185). Р. 186–196. doi: 10.33042/2522-1809-2024-4-185-186-196
15. Несух М. М. Експериментальне дослідження міцності зварних з’єднань при відриві вертикальних сталевих резервуарів від днища під час пожежі. Вісті Донецького гірничого інституту. 2024. Vol. № 1(54), Р. 92–103. doi: 10.31474/1999-981X-2024-1-92-103
16. Monaghan J. J. Smoothed particle hydrodynamics. Reports on Progress in Physics. 2005. Vol. 68(8). Р. 1703–1759.
17. Benson D., Ponzio R. Computational Analysis of Airbag Deployment Using LS-DYNA. Journal of Engineering Simulation. 2016. Vol. 7(3). Р. 15–28.
18. Monaghan J. J., Gingold R. A. Shock simulation by the particle method SPH. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1983 Vol. 181(3). Р. 375–389.