هياكل الأبراج الأنبوبية الفولاذية طويلة المدى لنقل الطاقة

تحليل العناصر المحدودة متعدد المقاييس لهياكل الأبراج الأنبوبية الفولاذية طويلة المدى لنقل الطاقة: مونولوج تقني

السلامة الهيكلية لبرج نقل الطاقة طويل المدى - هؤلاء العمالقة الذين يعبرون مصبات الأنهار, الوديان, أو الأنهار الواسعة - ليست مجرد مسألة قوة ثابتة. إنه سرد معقد لكيفية انتقال الطاقة من حدود الحبوب المجهرية في فولاذ ASTM A709-50W حتى الاهتزازات الهوائية المرنة العيانية لأسلاك الموصل. عندما نقترب من التحليل الفني لهذه الهياكل, يجب علينا أن نتخلى عن النظرة التبسيطية للجمالون ونتبنى عنصرًا محدودًا متعدد المقاييس (FE) نطاق.

التفكير في هذا, التحدي لا يقتصر فقط على الارتفاع الهائل للبرج, والتي يمكن أن تتجاوز 300 متر, ولكن التحول في الفيزياء. على المستوى العالمي, نحن نتعامل مع الديناميكيات التي تسببها الرياح وعدم الخطية الهندسية (ف-د تأثيرات). على المستوى المحلي, نحن نتعامل مع تركيزات الإجهاد في المفاصل K والمفاصل Y للأنابيب الفولاذية. إذا قمنا بنمذجة البرج بأكمله بالعناصر الصلبة, التكلفة الحسابية تصبح هاوية لا نهاية لها; إذا استخدمنا عناصر الشعاع فقط, نفقد حقيقة التواء موضعي وتعب المفاصل. الحل هو “النمذجة الفرعية” أو “متعدد النطاق” كوبري.

نبض المعدنية: تعريف المادة على نطاق واسع

قبل أن نقوم حتى بربط الهندسة, علينا أن ننظر في المادة. للأبراج طويلة المدى, أستم A709-50W (التجوية الصلب) هو بطل الرواية الصامت. إنه يوفر قوة إنتاجية تبلغ 345 الآلام والكروب الذهنية, لكن قيمته الحقيقية هي ليونته ومقاومته للتآكل الجوي. في تحليل متعدد النطاق, يجب أن ينتقل النموذج المادي من الافتراض الخطي المرن في الإطار الشامل إلى الافتراض غير الخطي, نموذج من البلاستيك المتصلب في عقد الاتصال.

خط الأساس الكيميائي والميكانيكي للتحليل

---

النطاق العالمي: الاستجابة الديناميكية الكلية

في ذهني, يبدأ البرج كعمود فقري هيكلي. نستخدم عناصر عارضة تيمونشينكو للأرجل الأساسية والتدعيم. لماذا? لأنه لا يمكن تجاهل تشوه القص في الأنابيب الفولاذية ذات الجدران السميكة عندما نتحرك نحو القاعدة. بهذا المقياس, الشاغل الرئيسي هو التفاعل بين هيكل السوائل (FSI). الريح ليست مجرد قوة; إنه مجال مضطرب. نحن نطبق طيف طاقة دافنبورت أو كيمال لمحاكاة الطبيعة العشوائية لعواصف الرياح.

كما يتأرجح البرج, تعمل الموصلات كبندولات ضخمة. إن تأثير الاقتران بين الأسلاك المشدودة والبرج الفولاذي الصلب يخلق أ “كتلة ضبطها” التأثير الذي يمكن أن يخفف أو يضخم الاهتزاز. نلاحظ اللاخطية الهندسية. كل ملليمتر من الإزاحة الجانبية يزيد من الذراع العزمي لحمل الجاذبية العمودي. في تحليلنا, نحن نستخدم طريقة تكرار نيوتن-رافسون لحل معادلات التوازن في كل خطوة زمنية من محاكاة الرياح.

---

الانتقال الميسكوبي: المشكلة المشتركة

هذا هو المكان الذي يصبح فيه النهج متعدد النطاق أنيقًا. بينما تم تصميم باقي البرج على شكل خطوط (الحزم), تم تصميم المفاصل الحرجة - حيث تتلاقى أربعة أو خمسة أنابيب فولاذية - على شكل عناصر شل (S4R).

تخيل تدفق التوتر. يسافر أسفل تستعد, يدخل في المفصل, ويجب إعادة توزيعها حول محيط الساق الرئيسية. إذا كان سمك الجدار غير كاف, نرى “التبيض” من الأنبوب. هذه ظاهرة انبعاج موضعي لا يمكن لنموذج الشعاع أن يلحظها. نحن نستخدم قيود متعددة النقاط (لجنة السياسة النقدية) لربط عناصر الشعاع بعناصر الصدفة. وهذا يضمن توافق الإزاحات وانتقال القوى واللحظات دون خلق اصطناعي “البقع الصعبة” في النموذج.

معلمات الصقل العقدي

---

المقياس الصغير: اللحام والتعب

على مستوى أعمق من التحليل, وتحديداً في المنطقة المتضررة من الحرارة (المخاطر) من اللحامات, نواجه خطر التعب. تخضع الأبراج طويلة المدى لملايين دورات الاهتزاز ذات السعة المنخفضة. نحن نأخذ مجال الإزاحة من نموذج الغلاف المتوسط ​​الحجم ونطبقه كشرط حدودي على نموذج العنصر الصلب المكرر للغاية للحام نفسه.

هنا, نحن لا ننظر فقط إلى التوتر; نحن ننظر إلى عامل شدة الإجهاد (ك). نحن نحاكي بدء الشقوق الصغيرة باستخدام طريقة العناصر المحدودة الممتدة (اكسفيم). وهذا يسمح للتشقق بالنمو عبر الشبكة بشكل مستقل عن حدود العناصر. لأنابيب A709-50W لدينا, ال “الشفاء الذاتي” تلعب طبقة الزنجار أيضًا دورًا هنا, لأنه يمنع تأليب السطح الذي يمكن أن يكون بمثابة بادئ للشقوق.

---

لماذا يفوز نهجنا الهندسي

عندما نقوم بتصميم هذه الهياكل, نحن لا نخمن. نحن نقدم التوأم الرقمي للبرج.

1. تضافر المواد: نحن نستفيد من نسبة القوة إلى الوزن العالية لأنابيبنا الفولاذية, السماح لأبراج أطول بآثار أقدام أصغر.

2. دقة: باستخدام FEA متعدد النطاق, نحدد نقاط الفشل المحتملة (مثل تلطيف وجه الوتر المحلي) التي غالبًا ما تتجاهلها رموز التصميم التقليدية.

3. تحسين: يمكننا تقليل سمك الجدار في المناطق غير الحرجة عن طريق 10−15%, توفير مئات الأطنان من الفولاذ عند عبور مسافة طويلة دون التضحية بعامل الأمان.

---

المتطلبات الفنية للتنفيذ

لتنفيذ ناجح متعدد النطاق, المعايير التالية إلزامية في سير العمل لدينا:

• تحليل مشروط: نحدد الأول 50 أوضاع الاهتزاز لضمان عدم فقدان تردد الرنين مع الريح أو الموصلات.

• تحليل التواء: كلاهما خطي (القيمة الذاتية) وغير الخطية (طريقة ريك) يتم إجراء تحليلات الإبزيم للتحقق من ثبات الأرجل الأنبوبية النحيلة.

• نمذجة التآكل: نقوم بتحليل سمك عناصر القشرة في النموذج على مدار فترة محاكاة مدتها 50 عامًا للتنبؤ بالحالة الهيكلية لنهاية العمر.

خاتمة: توليف القوة والعلوم

يعد برج النقل طويل المدى تحفة من التوازن. من خلال تحليل العناصر المحدودة متعددة النطاق, نحن نسد الفجوة بين الحبيبات المجهرية للفولاذ والحجم الهائل لعبور النهر. شركتنا تقف عند هذا التقاطع, لا نقدم فقط الأنابيب الفولاذية الخام ASTM A709-50W, ولكن اليقين الحسابي بأن هذه الهياكل سوف تظل صامدة خلال عواصف القرن المقبل.