Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 57789 10.20295/1815-588X-2023-1-91-100 Общетехнические задачи и пути их решения GENERAL TECHNICAL PROBLEMS AND SOLUTION APPROACH Общетехнические задачи и пути их решения Factor Model of Vibrodynamic Load Effect on Pipeline Reliability Факторная модель влияния вибродинамической нагрузки на надежность трубопроводов Постнова Елена Владимировна Postnova Elena Vladimirovna

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Рунев Евгений Валентинович Runev Evgeniy Valentinovich Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation 20 03 2023 20 03 2023 20 1 91 100 18 03 2023 https://itt-pgups.ru/en/nauka/article/57789/view

Цель: Построить факторную модель влияния вибродинамической нагрузки на надежность трубопроводов по результатам лабораторных испытаний, проведенных с учетом амплитудно-частотных характеристик колебательного процесса действующего трубопровода, полученных при проведении натурных испытаний на железнодорожной станции. На основании факторной модели определить наиболее значимые факторы, влияющие на надежность трубопроводов в условиях действия вибродинамической нагрузки и предложить способы повышения их безотказности. Методы: Для проведения лабораторных испытаний трубопровода на надежность при воздействии на него напряжений знакопостоянного цикла применялся план дробного факторного эксперимента типа 25-2. Эксперименты проводились на испытательном стенде с пульсирующим цилиндром типа ПЦ с максимальной нагрузкой 200 кН. Напряжения на испытываемый трубопровод подавались с пультов управления статической (от грунта) и динамической (от подвижного состава) нагрузками. Форма импульса — синусоидальная, наиболее близкая к натурной, частота цикла — 300 ц/мин. Коэффициенты уравнения регрессии вычислялись на ЭВМ по программе множественной линейной корреляции. Оценка значимости коэффициентов регрессии проводилась с помощью критерия Стьюдента. Для проверки адекватности модели экспериментальным данным применялся критерий Фишера. Адекватность уравнения регрессии физике явления проверялась при помощи критерия Стьюдента. Результаты: Проведенные испытания трубопровода с применением дробного факторного эксперимента типа 25-2 позволили построить факторную модель исследуемого процесса в виде полинома первой степени. Установлено, что основными факторами, влияющими на надежность трубопровода в условиях действия вибродинамической нагрузки, являются поездная нагрузка, амплитуда колебаний трубопровода и глубина его заложения. Частота колебаний трубопровода не оказывает существенного влияния на надежность трубопровода. Однако из уравнения регрессии следует, что частота колебаний трубопровода зависит от его диаметра. Практическая значимость: Получено уравнение линейной регрессии, преобразованное путем перехода от кодированных значений факторов к натуральным значениям, которое можно использовать в практических целях для определения интенсивности отказов и продолжительности эксплуатации железнодорожных трубопроводов между отказами.

Purpose: To build a factor model of vibrodynamic loading influence on pipeline reliability based on the results of laboratory tests carried out taking into account the amplitude-frequency characteristics of the vibration process of the operating pipeline, obtained during full-scale tests at the railway station. On the basis of the factor model to determine the most significant factors affecting the reliability of pipelines under the action of vibrodynamic loading and to propose ways to improve their reliability. Methods: The plan of fractional factor experiment of 25-2 type was used to carry out laboratory tests of pipeline reliability under the influence of stresses of familiar constant cycle. The experiments were carried out on a test bench with a pulsating cylinder of type PC with a maximum load of 200 kN. Voltages were applied to the pipeline under test from control panels of static (from soil) and dynamic (from rolling stock) loads. Impulse shape was sinusoidal, the closest to natural one, cycle frequency — 300 c/min. The regression equation coefficients were calculated on a computer using the multiple linear correlation program. The significance of the regression coefficients was assessed by Student's test. Fisher's test was used to check the adequacy of the model to the experimental data. Adequacy of the regression equation to the physics of the phenomenon was tested using Student's test. Results: Tests of the pipeline with application of fractional factor experiment of 25-2 type allowed to build a factor model of the process under study in the form of polynomial of the first degree. It has been established that the main factors influencing pipeline reliability under vibrodynamic loading are train load, vibration amplitude of the pipeline and the depth of its embedding. The vibration frequency of the pipeline has no significant influence on the pipeline reliability. However, from the regression equation it follows that the pipeline vibration frequency depends on its diameter. Practical significance: The equation of linear regression is obtained, which is transformed by switching from coded values of factors to natural values, which can be used for practical purposes to determine the intensity of failures and the duration of operation of pipelines between failures.

 Факторная модель влияния планирование эксперимента матрица факторов амплитудно-частотные характеристики колебательного процесса трубопровода полный факторный эксперимент дробный факторный эксперимент Factor influence model experiment planning factor matrix amplitude-frequency characteristics of the oscillatory process of the pipeline full factor experiment fractional factor experiment

Постнова Е. В. Модель вибродинамических воздействий подвижного состава на железнодорожные трубопроводы / Е. В. Постнова, Е. В. Рунев // III Бетанкуровский международный инженерный форум: сборник трудов. - 2021. - С. 105-108. Postnova E. V. Model' vibrodinamicheskih vozdeystviy podvizhnogo sostava na zheleznodorozhnye truboprovody / E. V. Postnova, E. V. Runev // III Betankurovskiy mezhdunarodnyy inzhenernyy forum: sbornik trudov. - 2021. - S. 105-108. Мэнли Р. Анализ и обработка записей колебаний / Р. Мэнли. - М.: Машиностроение, 1982. - 367 с. Menli R. Analiz i obrabotka zapisey kolebaniy / R. Menli. - M.: Mashinostroenie, 1982. - 367 s. Postnova E. Mathematical model for assessing the reliability of water supply networks / E. Postnova, E. Runev // Lecture Notes in Networks and Systems. - 2022. - Vol. 402. - Pp. 343-351. Postnova E. Mathematical model for assessing the reliability of water supply networks / E. Postnova, E. Runev // Lecture Notes in Networks and Systems. - 2022. - Vol. 402. - Pp. 343-351. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 254 с. Adler Yu. P. Planirovanie eksperimenta pri poiske optimal'nyh usloviy / Yu. P. Adler, E. V. Markova, Yu. V. Granovskiy. - M.: Nauka, 1976. - 254 s. Белов И. В. Математические методы в планировании на железнодорожном транспорте / И. В. Белов, А. Б. Каплан. - М.: Транспорт, 1972. - 248 с. Belov I. V. Matematicheskie metody v planirovanii na zheleznodorozhnom transporte / I. V. Belov, A. B. Kaplan. - M.: Transport, 1972. - 248 s. Яковлева Т. Г. Моделирование прочности и устойчивости земляного полотна / Т. Г. Яковлева, Д. И. Иванов. - М.: Транспорт, 1980. - 255 с. Yakovleva T. G. Modelirovanie prochnosti i ustoychivosti zemlyanogo polotna / T. G. Yakovleva, D. I. Ivanov. - M.: Transport, 1980. - 255 s. Прокудин И. В. Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна из глинистых грунтов, воспринимающих вибродинамическую нагрузку: автореф. дисc. … д-ра техн. наук. МИИЖТ / И. В. Прокудин. - М., 1983. - 41 с. Prokudin I. V. Prochnost' i deformativnost' zheleznodorozhnogo zemlyanogo polotna iz glinistyh gruntov, vosprinimayuschih vibrodinamicheskuyu nagruzku: avtoref. disc. … d-ra tehn. nauk. MIIZhT / I. V. Prokudin. - M., 1983. - 41 s. Фришман М. А. Земляное полотно железных дорог / М. А. Фришман, И. Н. Хохлов, В. П. Титов. - М.: Транспорт, 1972. - 287 с. Frishman M. A. Zemlyanoe polotno zheleznyh dorog / M. A. Frishman, I. N. Hohlov, V. P. Titov. - M.: Transport, 1972. - 287 s. Справочник по электроподвижному составу, тепловозам и дизель-поездам / Под общ. ред. А. И. Тищенко. - М.: Транспорт, 1976. - Т. 1. - 429 с. Spravochnik po elektropodvizhnomu sostavu, teplovozam i dizel'-poezdam / Pod obsch. red. A. I. Tischenko. - M.: Transport, 1976. - T. 1. - 429 s. Джонсон Н. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке / Н. Джонсон, Ф. Лион. - М.: Мир, 1980. - 610 с. Dzhonson N. Statistika i planirovanie eksperimenta v tehnike i nauke / N. Dzhonson, F. Lion. - M.: Mir, 1980. - 610 s. Вентцель Е. С. Исследование операций / Е. С. Вентцель. - М.: Высшая школа, 2001. - 207 с. Ventcel' E. S. Issledovanie operaciy / E. S. Ventcel'. - M.: Vysshaya shkola, 2001. - 207 s. Яснопольский С. А. Построение эмпирических формул и подбор их параметров методом наименьших квадратов и методом средних / С. А. Яснопольский. - М.: Изд-во МИСиС, 1972. - 23 с. Yasnopol'skiy S. A. Postroenie empiricheskih formul i podbor ih parametrov metodom naimen'shih kvadratov i metodom srednih / S. A. Yasnopol'skiy. - M.: Izd-vo MISiS, 1972. - 23 s. Шор Я. Б., Таблицы для анализа и контроля надежности / Я. Б. Шор, Ф. И. Кузьмин. - М.: Советское радио, 1968. - 284 с. Shor Ya. B., Tablicy dlya analiza i kontrolya nadezhnosti / Ya. B. Shor, F. I. Kuz'min. - M.: Sovetskoe radio, 1968. - 284 s. Петров А. Ю. Технология работы пассажирской станции: учебное пособие / А. Ю. Петров, П. К. Рыбин, И. Н. Шутов. - СПб.: ПГУПС, 2008. - 41. Petrov A. Yu. Tehnologiya raboty passazhirskoy stancii: uchebnoe posobie / A. Yu. Petrov, P. K. Rybin, I. N. Shutov. - SPb.: PGUPS, 2008. - 41. Дубинский В. А. Технологический процесс работы пассажирской технической станции / В.А. Дубинский и др. - СПб.: ПГУПС, 1997. - Ч. 1 - 26 с., Ч. 2 - 40 с. Dubinskiy V. A. Tehnologicheskiy process raboty passazhirskoy tehnicheskoy stancii / V.A. Dubinskiy i dr. - SPb.: PGUPS, 1997. - Ch. 1 - 26 s., Ch. 2 - 40 s. Нормативы для составления графика движения поездов ОАО «Российские железные дороги». - М.: Техноинформ, 2006. Normativy dlya sostavleniya grafika dvizheniya poezdov OAO «Rossiyskie zheleznye dorogi». - M.: Tehnoinform, 2006. Ильин Ю. А. Надежность водопроводных сооружений и оборудования / Ю. А. Ильин. - М.: Стройиздат, 1985. - 240 с. Il'in Yu. A. Nadezhnost' vodoprovodnyh sooruzheniy i oborudovaniya / Yu. A. Il'in. - M.: Stroyizdat, 1985. - 240 s.