Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия

С. А. Борисов, ст. преподаватель, эл. почта: bsa@cosmoc.com.ru
С. В. Добровольский, инженер, канд. техн. наук, эл. почта: dobrovolskiy_s@mail.ru
Ю. И. Глуховская, специалист, эл. почта: gljul@bk.ru
А. С. Мякочин, профессор, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: amyakochin@gmail.com

Рассматривается методика 3D-моделирования стальных заплаток переменной формы снаружи в критических областях стальной трубы в CAD-системе SolidWorks, гарантирующих заданный срок эксплуатации трубопровода, подвергающегося интенсивному эрозионному износу при транспортировке высокоскоростного воздушного потока с примесью порошковых или абразивных частиц. Форма заплатки в каждом ее опорном сечении изменяется параметрически с помощью созданной компьютерной программы в зависимости от результатов численного расчета скорости эрозии в системе ANSYS Fluent, толщины стенки и заданного срока эксплуатации трубопровода. Численные симуляции и геометрическое моделирование выполнены на основе предварительно созданных базовых параметрических 3D-моделей трубопровода и заплаток. В основе рассматриваемой методики лежит современная технология CAD/CAE-проектирования. В рамках работы проведен ряд симуляций эрозионного износа двухколенного стального трубопровода при разных условиях транспортировки гетерогенного воздушного потока с примесью частиц песка и никеля с различными скоростями и температурами. Результирующая 3D-модель заплатки переменной толщины может использоваться как основа для настройки технологического процесса ее послойного формирования на трубе низкотемпературным газодинамическим методом.

1. Гайсина Д. Р., Денисова Я. В. Анализ причин аварийных ситуаций на магистральных трубопроводах // Вестник Казанского технологического университета. 2016. №14. С. 129–130.
2. Поникаров С. И., Алексеев В. А., Вилохина П. В., Маннанова А. Ф. Анализ причин возникновения аварии на магистральных нефтепроводах // Вестник Казанского технологического университета. 2014. №23. С. 365–368.
3. Козлов И. А., Лещев К. А., Никифоров А. А., Демин С. А. Холодное газодинамическое напыление покрытий (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. №8 (90). С. 77–93.
4. Алхимов А. П., Клинков С. В., Косарев В. Ф., Фомин В. М. Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика. – М.: Физматлит, 2010. – 536 с.
5. Никитин П. В., Пайко В. В., Фролов Ю. П. Способ и устройство для нанесения защитных покрытий холодным газодинамическим методом. ВИНИТИ. — Москва, 1996. — 535 с. — Деп. в ВИНИТИ 01.07.1996, № 2258-В96.
6. Borisov S. A., Glukhovskaya Y. I., Dobrovolskiy S. V., Nikitin P. V., Podporin I. V. Concept of an Experimental Setup for Testing the Technology for the Formation of New Anti-Corrosion Coating Materials Using Low-Temperature Supersonic Heterogeneous Flows // TEM Journal. 2020. Vol. 9, Iss. 2. P. 566‐572.
7. Borisov S., Gloukhovskaya J., Dobrovolskiy S., Myakochin A., Podporin I. Mechanism of heterogeneous flow – solid substrate interaction on the formation of coatings of different thicknesses using different types of spray accelerators // MATEC Web of Conferences 362 (2022). P. 36-42.
8. Строкач Е. А., Кожевников Г. Д., Пожидаев А. А. Численное моделирование процесса эродирования твердыми частицами в газовом потоке // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2021. № 67. C. 56-69.
9. Matsson J. E. An Introduction to ANSYS Fluent 2024. — SDC Publications, 2024. — 522 с.
10. ANSYS.Fluent 12.0 User’s Guide. [Электронный ресурс]. — URL: https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/ug/node718.htm
11. ANSYS.Fluent 12.0 Theory Guide. [Электронный ресурс]. — URL: https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/node266.htm
12. SolidWorks Design Help 2025. [Электронный ресурс]. — URL: https://help.solidworks.com/2025/english/SolidWorks/sldworks/c_splines.htm
13. Тахерифард А., Елистратов В. В. Численное моделирование эрозии в трубе при многофазном потоке нефти и газа // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. 2023. Т. 307. С. 16-28.
14. Тахерифард А., Елистратов В. В. Трехмерное моделирование эрозии трубопровода с двойным коленом в многофазной среде метан – вода – песок // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. Вып. 5. С. 717–725. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.5.717-725
15. Malpass L. SolidWorks API Series 1: Programming & Automation. — AngelSix, 2014. — 270 p.