Ο ρόλος των συνοριακών ελατηρίων στις αριθμητικές προσομοιώσεις αγωγών υποκείμενων σε μετατόπιση ρήγματος

Abstract

Τις τελευταίες δεκαετίες έχει κατασκευαστεί ένας μεγάλος αριθμός υποθαλάσσιων αγωγών μεταφοράς φυσικού αερίου, ενώ οι ανακαλύψεις νέων κοιτασμάτων οδηγούν στη χάραξη νέων αγωγών, ακόμη και σε περιοχές που χαρακτηρίζονται από έντονη σεισμικότητα. Αγωγοί που διασχίζουν περιοχές ενεργών τεκτονικών ρηγμάτων διατρέχουν τον κίνδυνο να υποστούν βλάβες λόγω της μόνιμης μετακίνησης που αναπτύσσεται στο ρήγμα κατά τη διάρκεια σεισμών μεγάλου μεγέθους. Αριθμητικές προσομοιώσεις της καταπόνησης που δέχεται ένας αγωγός κατά τη διάρρηξη ενός σεισμικού ρήγματος απαιτούν την τοποθέτηση συνοριακών μη γραμμικών ελατηρίων στα δυο άκρα του τμήματος του αγωγού που βρίσκεται εντός του προσομοιώματος πεπερασμένων στοιχείων. Μέσω της προσθήκης των συνοριακών ελατηρίων περιγράφεται η συμπεριφορά των τμημάτων του αγωγού που μένουν εκτός του τομέα ανάλυσης. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής διερευνάται η ευαισθησία των αριθμητικών αποτελεσμάτων στα χαρακτηριστικά των ελατηρίων και στις παραδοχές που γίνονται ως προς αυτά. Για τον σκοπό αυτό, αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων πραγματοποιήθηκαν για ρήγματα οριζόντιας ολίσθησης (strike-slip) στο λογισμικό Abaqus. Οι αναλύσεις εστιάζουν στις μεταβολές που επιφέρει στις τιμές της κρίσιμης μετατόπισης ρήγματος (μετατόπιση για την οποία προξενούνται βλάβες στον αγωγό) η αλλαγή στη διαμόρφωση των ελατηρίων. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων δείχνουν ότι, πέραν των αξονικών ελατηρίων, είναι απαραίτητη η τοποθέτηση ελατηρίων στους εγκάρσιους και στροφικούς βαθμούς ελευθερίας στα άκρα του αγωγού. Όσον αφορά τα αξονικά ελατήρια, η φορά κίνησης παίζει γενικά ρόλο στην καμπύλη αντίδρασης – μετατόπισης, με αποτέλεσμα αυτή να είναι μη συμμετρική.