Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
FEM‐modeller för expansionsanalys av piplines
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2007 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Study and development of FEM‐models used in expansion analyses of pipelines (English)
Abstract [en]

REINERTSEN AS performs expansion and buckling analyses of pipelines using ANSYS, a

finite element modelling and analysis tool. In an expansion analysis the pipeline is modelled

with thin

walled pipe elements called PIPE20 which allows plastic deformation. However, in

a recent analysis the results retrieved from the PIPE20 element were incorrect for strains

about 1 percent. One main issue was that the PIPE20 element overestimated the strains.

The purpose with this Master Thesis was to become familiar with the theories and analysis

methods used in pipeline design. By using the knowledge gained a short examination of the

weakness in the PIPE20 element was carried out and a first development of a new model for

expansion analysis in ANSYS was made.

First, a detailed initial study was made. The analytically derived functions were examined

and a model was created in ANSYS using PIPE20 elements with linear

elastic material

model. This model was, when compared to the analytically expected results, very accurate

and could thereby be used in further analysis.

A short study of the PIPE20 element was carried out for a linear

‐elastic perfectly‐

plastic

material model. The results from PIPE20 were compared to analytically derived results and

to results from Pipeline Analysis System (PAS) a 2D

analysis tool developed at

REINERTSEN. It was seen that results from calculations involving the PIPE20 element differs

from the expected results. When the rotation is small and the cross

section is almost

completely elastic the expected value and PIPE20 element output is practically identical but

with increasing rotation and plasticity the accuracy is lessen this due to the few number of

integration points. When more than 23 percent of the cross section is plastic the element

output is utterly incorrect. The conclusion is that the PIPE20 element is not suitable in

applications where plastic deformation of a major part of the cross

section is expected.

One solution is to create a model with a beam

shell assembly. The PIPE20 elements in the

model where inaccuracies have been found can be replaced by shell elements. A first

development of such a model was made. The beam

shell assembly was exposed to the same

loads as a model with only PIPE20 elements. The strains where compared and was found to

be smaller in the beam

shell assembly than in the PIPE20 model, indicating that a model

with a beam

shell assembly can be used. Even though more development and testing are

needed the first results are satisfying.

Abstract [sv]

REINERTSEN AS utför expansions

och bucklingsanalyser på pipelines genom att använda

ANSYS. I dessa analyser modelleras rören med hjälp av ett tunnväggigt rörelement kallat

PIPE20. Detta element tillåter plastisk deformation. I en analys nyligen utförd på

REINERTSEN med töjningar på ca 1 till 1.5 procent var resultaten från PIPE20elementet

felaktiga i jämförelse med resultat från andra applikationer. Ett huvudproblem var att

PIPE20elemntet överskattar töjningarna.

Syftet med detta examensarbete är att sätta sig in i teorier och analysmetoder som ligger

bakom konstruktionsarbetet för pipelines. Genom utnyttjande av den kunskap som erhållits

gjordes först en kort undersökning av PIPE20elementets brister. Efter detta gjordes en första

utveckling en ny expansionsmodell. En noggrann förstudie utfördes, de analytiskt härledda

formlerna studerades och en modell med användande av PIPE20 element gjordes där en

linjär

elastisk material modell nyttjades. PIPE20modellen var, i jämförelse med de teoretiskt

förväntade värdena, mycket noggrann och kunde därför användas i fortsatt analys.

En liten modell bestående av ett PIPE20element med plastiska egenskaper undersöktes.

Förväntat moment vid olika rotationsförskjutningar jämfördes med utdata från PIPE20. Det

fastslogs att utdata från PIPE20elementet skilde sig från det förväntade värdet av två

anledningar. När rotationen är så liten att nästan hela tvärsnittarean är elastisk är det

förväntade värdet och PIPE20modellens utdata så gott som identiska men med ökad

rotationslast så minskar noggrannheten. Detta på grund av de få integrationspunkterna

definierade i PIPE20elementet. Ökas rotationen ytterligare så mer än 23 procent av

tvärsnittsarean är plastiskt deformerat är utdata från PIPE20elementet helt felaktiga.

Slutsatsen är att PIPE20 inte är att rekommendera i analyser där en stor del av

tvärsnittsarean förväntas bli plastisk deformerat.

Ett förslag till lösning är att skapa en ny modell där delar av modellen består av skalelement.

Genom att byta ut de delar av modellen där problem med noggrannhet uppstår och ersätta

dessa med skalelement kan en så kallad ”beam

shell assembly” vara en förnuftigare modell.

Ett första försök till utveckling av en sådan modell har gjorts. Den nya modellen och en

modell bestående av enbart PIPE20element utsattes för samma analys och töjningar

jämfördes. Det visade sig att töjningar i beam

shell modellen var lägre än de funna i

modellen med endast PIPE20element. Detta är en indikation på att en modell med både

PIPE20element och skalelement kan användas i expansionsanalyser. Det är nödvändigt med

vidare utveckling och testning av modellen, men de första resultaten är tillfredsställande.

Place, publisher, year, edition, pages
2007.
Series
MMK 2007:17 MME 794
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-100741OAI: oai:DiVA.org:kth-100741DiVA: diva2:544833
External cooperation
Tore Søreide,REINERTSEN AS,Sigurd Trier
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-08-16 Created: 2012-08-16 Last updated: 2012-08-16Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Cristina Lindholm(3386 kB)4930 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3386 kBChecksum SHA-512
fef782e50a411a6b794e43044b1b767bfa510f1ed3d002a305aa5d61286cbbfd60fc208edb8c52ae1eb30afabdfe15980b191a41065bea808e27626f3436331f
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 4930 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 200 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf