4 - 2003

АСТРА-НОВА’2003: автоматизированное проектирование и расчеты на прочность трубопроводных систем

Александр Белостоцкий, Галина Воронова, Алексей Потапенко

В статье авторов «Развитие и интеграция в САПР “семейства” программных комплексов АСТРА-НОВА для нормативных расчетов на прочность трубопроводных систем различного назначения», опубликованной в «САПР и графика» № 8’2002, отмечалось, что в семействе программ АСТРА-НОВА впервые в отечественной практике достигнут качественно новый уровень комплексного автоматизированного расчетного обоснования статической и циклической прочности, сейсмостойкости и вибропрочности на доступных ПК: трубопроводные системы произвольной сложности можно оперативно и точно моделировать, анализировать в полном соответствии с требованиями действующих российских норм и оптимизировать по прочностным критериям, не прибегая к вынужденным и зачастую необоснованным упрощениям, и при этом использовать все преимущества Windows-технологий.

Сегодня мы знакомим читателей с семейством программных комплексов АСТРА-НОВА’2003 — новой Windows-версией, выпущенной 20 марта 2003 года. Комплекс АСТРА-НОВА’2003 обеспечивает автоматизированные поверочные расчеты произвольных пространственных разветвленных трубопроводных систем на статическую и циклическую прочность, на сейсмические воздействия, на вибропрочность и неустановившиеся динамические процессы в соответствии с требованиями действующих нормативных документов:

  • АСТРА-АЭС — ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок;
  • АСТРА-ТЭС — РД 10-249–98. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды;
  • АСТРА-НЕФТЕХИМ — РТМ 38.001-94. Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов;
  • АСТРА-ТЕПЛОСЕТЬ — РД 10-400–01. Нормы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей;
  • АСТРА-МАГИСТР — СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы (с необходимой авторской доработкой в части расчетной оценки прочности).

В комплексах реализован единый алгоритм расчета трубопроводов (определение перемещений, нагрузок и усилий в сечениях) как линейно-упругих пространственных многократно статически неопределенных стержневых систем, сочетающий суперэлементный подход метода перемещений, методы начальных параметров и прогонки (для каждого суперэлемента) и спектральную методику решения динамических задач. Учитывается повышенная оболочечная податливость криволинейных труб (эффекты Кармана) и тройниковых соединений. Значимые собственные частоты и формы колебаний в требуемом диапазоне определяются из решения частной проблемы собственных значений методами блочного Ланцоша или итераций подпространства.

Комплексы семейства АСТРА-НОВА состоят из следующих программных модулей:

  • ПРЕ-АСТРА — многофункциональный «препроцессор» комплекса, обеспечивающий разнообразные диалоговые режимы задания, генерации и визуализации рациональных пространственно-стержневых расчетных моделей трубопроводных систем (с возможностями использования баз данных по сталям, пружинным подвескам и фланцевым соединениям, ранее заданных моделей, расстановки опор и распределения динамических степеней свободы);
  • АСТРА-СТАЦ — расчет на статическую и циклическую прочность низко- и высокотемпературных трубопроводов. Реализованы режимы задания или рационального выбора характеристик пружинных подвесок из сортамента МВН, ОСТ и «спецпружин». Предусмотрены практически все значимые виды прочностных расчетов (в том числе с учетом трения в опорах по двум альтернативным методикам) на нормативно-регламентируемые сочетания квазистатических и малоцикловых нагрузок для всех режимов эксплуатации. Выполняется расчет напряжений и прочности по уточненной методике для тяжелонагруженных отводов (колен и гибов) и тройников, а также расчет напряжений для «ненормализованных» линзовых и сильфонных компенсаторов. Дополнительно допускается задание опор в местной системе координат и стержневых элементов некольцевого сечения (для моделирования, например, сложных опорных конструкций совместно с трубопроводом), учет отрыва трубопровода от опор. Для АСТРА-ТЕПЛОСЕТЬ и АСТРА-МАГИСТР в новой версии реализованы уточненные алгоритмы расчета подземных трубопроводов с бесканальной прокладкой, опирающиеся на результаты расчетных исследований трехмерных нелинейных систем «трубопровод — изоляция — грунт»;
  • АСТРА-ФОРМ — определение значимых собственных частот и форм колебаний системы в заданном частотном диапазоне (модуль необходим и как «препроцессор» программ динамического расчета АСТРА-СЕЙСМ, АСТРА-ВИБР и АСТРА-ДИН);
  • АСТРА-СЕЙСМ — расчет на сейсмические воздействия, заданные одно- или многокомпонентными спектрами ответа или ответными акселерограммами на отметках крепления, с учетом всех значимых собственных частот и форм колебаний системы. В новой версии АСТРА-СЕЙСМ реализованы также расчет на «высокочастотное» воздействие и автоматизированный режим рациональной расстановки и учета сейсмоопор. Результаты: сейсмические перемещения, усилия, нагрузки и напряжения, оценка сейсмостойкости;
  • АСТРА-ВИБР — расчет на вибропрочность для режимов установившихся вынужденных колебаний. Предусмотрено два вида расчета: определение допускаемых амплитуд (нормировка) виброперемещений по каждой учитываемой собственной форме и оценка амплитуд виброперемещений, напряжений и нагрузок, вибропрочности и долговечности при заданных гидродинамических нагрузках;
  • АСТРА-ДИН — расчет неустановившихся вынужденных колебаний при заданных динамических нагрузках для различных переходных и аварийных режимов эксплуатации (открытие-закрытие клапанов и т.п.);
  • ПОСТ-АСТРА — «постпроцессор», включающий выдачу компактных сводных и выборочных таблиц результатов (на русском и/или английском языке), визуализацию расчетной модели, перемещений и напряжений и анимацию собственных форм колебаний (вывод на монитор, принтер, плоттер, в Word или в dxf-файл для последующей работы в AutoCAD); добавлена генерация отчета в формате HTML;
  • АСТРА-РАЗР — расчет последствий мгновенного аварийного разрыва трубопровода, в том числе пространственно-временное распределение гидродинамических нагрузок, движение трубопроводов с учетом больших перемещений и пластических деформаций, оценка ударных нагрузок на опоры-ограничители и близлежащие системы;
  • АСТРА-СТАДИО — уточненный расчет НДС и прочности тяжелонагруженных типовых элементов трубопроводов: сварных и штампованных тройников, отводов (гибов, колен), конических переходников, линзовых компенсаторов, труб с изоляцией в грунте и т.п. Подсистема обладает собственным развитым диалоговым пре- и постпроцессором, связана с базой данных типовых элементов, требует лишь необходимого минимума информации для генерации пространственно-оболочечных расчетных моделей; вычислительным ядром служит мощный конечно-элементный комплекс СТАДИО.

Программные комплексы семейства АСТРА-НОВА детально документированы и верифицированы. Системообразующий комплекс АСТРА-АЭС аттестован в Госатомнадзоре РФ (паспорт № 40 от 21.12.95 г., рег. № 9 от 05.06.95 г.) и внедрен в ведущих фирмах отрасли (ФГУП «Атомэнергопроект», ПКФ «Росэнергоатом», ОКБ «Гидропресс», АО РОСЭП, киевский и харьковский «Энергопроект», НТЦ ЯРБ Украины, СвердНИИХимМаш, Енергопроект (Болгария), Игналинская АЭС и др.). Накоплен более чем 27-летний опыт широкого внедрения комплекса и его использования в расчетных исследованиях трубопроводных систем, важных для безопасности Курской, Смоленской, Билибинской, Запорожской, Нововоронежской, Балаковской, Волгодонской и Игналинской АЭС, АЭС «Козлодуй» (Болгария), «Куданкулам» (Индия) и АС нового поколения. Имеются положительные референции специалистов ведущих зарубежных фирм Siemens AG (Германия), EDF (Франция) и Westinghouse (США). Комплексы АСТРА-НЕФТЕХИМ и АСТРА-ТЭС внедрены в АО «Рязанский НПЗ», АО «ЛУКОЙЛ-Пермь НЕФТЕОРГСИНТЕЗ», ПО «НАФТАН» (г.Новополоцк), АО ВНИПИнефть, ПО «Химтехнология» (г.Севердонецк), Ангарская НХК, саянский «Полимерпласт» и АО «Леннефтехим».

В таблице приводятся сравнительные характеристики версий АСТРА-НОВА 6.2 (1996 год) и АСТРА-НОВА’2003, свидетельствующие о впечатляющем прогрессе в снятии количественных ограничений на расчетные модели трубопроводных систем.

Программная система АСТРА-САПР представляет собой единую интегрированную среду для компоновки и расчета трубопроводов. Пользователь визуально (в стиле AutoCAD) компонует трубопроводную систему, оперируя понятиями «прямая труба», «отвод», «тройник», «опора», «пружина» и т.п., используя базы данных и ранее заданные проекты. Оптимальная расчетная суперэлементная модель трубопровода генерируется автоматически с возможностью дальнейшей корректировки пользователем. АСТРА-САПР поддерживает двустороннюю связь с предыдущими версиями АСТРА-НОВА, с САПР-системами (импорт-экспорт внешних файлов CADWorx/PIPE, разработчик COADE, Inc., DXF-файлов) и с другими программами расчета трубопроводов.

Завершены этапы тестирования и опытной эксплуатации в ведущих организациях. Поставка коммерческой версии АСТРА-САПР в составе АСТРА-НОВА’2003 началась 20 марта этого года.

«САПР и графика» 4'2003