بخشی از مقاله
مقدمات و کلیات :
این تحقیق در نظر دارد تحلیل استاتیکی یک مخزن ضربه گیر را به روش المان محدود برسی کند و با توجه به حد اقل سه حالت آب وهوا در داخل مخزن نیرو های وارد به مخزن و تنش های مختلف را برسی و نقاط ضعف و قوت در جداره مخزن را در حالت استاتیکی مشخص نماید
تاریخچه مطالعاتی:
در خصوص مخاذن ضربه گیر شرح مختصری ارائه می گردد. مخازن ضربه گیر معمولاً در شرکت ماشین سازی اراک ساخته می شوند و با در نظر گرفتن میزان ضربه قوچ حجم آب و هوای داخل طراحی میگردد . بطوریکه حجم آب آنقدر زیاد نباشد که باعث عدم نوسان ( خاصیت میرا کنندگی ) شود و یا آن قدر کم که پس از تزریق آب به خط ا نتقال باعث هواگیری پمپ های مسیر گردد . در نتیجه بهترین حالت آن است که موارد فوق رعایت شود از طرفی حجم آب بیشترین حالت ممکن خود باشد . تا آنکه بتواند ضربه را بهتر میرا کند به عبارتی خاصیت میرا کنندگی آن بالا باشد . مخازن ضربه گیر با توجه به میزان توانایی خنثی نمودن ضربه در حجم های مختلف ساخته می شوند . گاهی بدلیل عدم امکان استفاده مخزن به دلیل ابعاد
آن به مخازن کوچکتر و در کنار هم بر روی خط انتقال در انتهای ایستگاه های پمپاز نصب می گردد . سطح آب موجود در این مخازن بایستی مرتب کنترل گردد و میزان آب موجود در مخزن کمتر از میزان تعیین شده نباشد به دلیل آنکه باعث هواگیری پمپ ها شده و شروع به کار مجدد پمپ ها را سخت تر می کند . معمولا با نصب این مخازن در انتهای خطوط از تخریب اتصالات انتهای خط جلو گیری به عمل می آید و ضربات قوچ توسط نوسانآب و هوای فشرده در این مخازن خنثی می شود .
بیان مسئله:
مسئله مورد برسی تحلیل استاتیکی یک مخزن ضربه گیر می باشد . در این خصوصا علاوه بر آن که بایستی مخزن متحمل ضربات وارد شونده آب بر اثر بر گشت وایجاد ضربه قوچ شود بلکه بایستی خللی در روند کار پمپ های خط نیز ایجاد ننماید همچنین بایستی متحمل تنشهای ایجاد شده بدنه مخزن بدلیل حالت استاتیکی مخزن با محتوای آب و هوای فشرده بگردد. حال از روش المان محدود که یک روش کاملا شناخته شده برای آنالیز تنش در سازه است می بایست استفاده گردد که این امر مسئله ای است که محقق قصد دارد به آن بپردازد .
فرضیات:
فرضیات تحقیق به علت ا ینکه در پی رد یا قبول فرضیات می باشیم دارای پایگاه اثباتی می باشد . با توجه به عنوان تحقیق فرضیات ذیل طرح و مورد برسی قرار می گیرد
فرض اول : مخزن در حالت سکون و حاوی آب و هوای تحت فشار باشد .
فرض دوم : ما می خواهیم در سه حالت مختلف ایستگاهی مخزن را مورد برسی قرار دهیم و تنشهای وارده بر اثر نیروهای داخلی مخزن در حالت استاتیکی آن را مورد برسی قرار دهیم ..
سه حالت فوق عبارتند از:
حالتی که حداکثر هوا در داخل مخزن وجود داشته باشد. حالتی که حداکثر آب در داخل مخزن باشد . و حالتی که آب و هوا به یک نسبت مساوی در مخزن وجود داشته باشند . حال برای رسیدن به یک نتیجه کلی که در بر گیرنده سه حالت فوق باشد ، بحرانی ترین حالت را در نظر می گیریم. چون در هر یک از سه حالت فشار درونی بین 19 الی 19.6 می باشد ما با یک فشار دست بالا (( 20 atm درونی محاسبات را انجام و نتایج را در این حالت برسی می کنیم که مطمئنا سه حالت مطرح شده بحرانی تر ازاین سه حالت نخواهد شد .
اهداف مطالعاتی :
اهداف این تحقیق رسیدن به یک مدل کامل و سالم از مخزن تحت فشار و سپس با داشتن اطلاعاتی از جمله شرایط تکیه گاهی (شرایط مرزی ) مخزن همچنین مقدارو حالتهای نیروهای استاتیکی وارده به سازه ، قصد رسیدن به مقادیر تنش در نقاط مختلف سازه را داریم در نهایت می توان گفت که هدف این تحقیق کوشش برای استفاده از اجزاء محدود در آنالیز تنش در این سازه می باشد.
اهمیت مطالعاتی:
اگر این تحقیق به انجام برسد نتایجش به عنوان یک کار المان محدود و به عنوان یک تجربه در این زمینه برای محقق ارزشمند می باشد اما برای یک نتیجه کلی راجع سازه ازنظر آنالیز تنش موجود در آن و رسیدن به یک طرحی کاملا منطقی مسلما بارگزاری استاتیکی کافی نمی باشد و مخزن باید تحت بارگزاری دینامیکی برسی شود و همچنین مودهای ارتعاشی آن محاسبه شود که این کارها مستلزم انجام یک سری تست ها و آزمایش علمی خواهد بود . البته در تحقیق انجام شده در صورت دسترسی آن می توان طیف و همچنین توزیع مقادیر تنش را در نقاط مختلف تنش ملاحظه کرد.
اصطلاحات :
مخزن ضربه گیر : در ایستگاههای پمپاژجهت مقابله با ضربه قوچ از مخازن
ضربه گیراستفاده می شود . این مخازن محفظه استوانه ای با سر پوش کروی (عرقچین) هستند که داخل آن دو نوع سیال (آب و هوا) تحت فشار قرار دارد که در هنگام بر گشت موج آب ازارتفاع خطوط لوله با آن مقابله نموده و از ایجاد ضربه قوچ جلو گیری می کند.
ضربه قوچ : چکشابی در خطوط لوله جریانهای تحت فشاریا مجاری باز حادث می شود که اصطلاح انگلیسی آن ( water Hameer) می با شد. ضربه قوچ بعلت تغییر سرعت در جریان سیال شده و در بالا دست محل یا پایین دست آن ایجاد فشار منفی یا مثبت گرد
مرور مطالعاتی :
کامپیوتر به صورت ابزار تحلیل معمولی برای مهندسان در آمده است از این وسیله معمولا در حل معادلات دیفرانسیلی که در مهندسی با آنها سرو کار دارند . استفاده می شود دو روش بسیار معمولی که در حل این مسائل به کار می رود عبارتند از روشهای تفاضل محدود و روشهای اجزائ محدود . در هر دو روش مجموعه ای از معادلات جبری جایگزین معادلات دیفرانسیل اصلی می شود . اکنون مقا یسه مختصری بین این دو روش به عمل می آوریم .
روش تفاضل محدود قدیمی تر بوده و بهتر درک می شود . معمولا تحلیل را را با تحلیل ناحیه مورد نظربه صورت شبکه گروه هایی که به فاصله یکنواخت از هم قرار کرفته اند شروع می کنند ، در هر یک از این گروهها هر مشتق را در معادلات دیفرانسیل حاکم توسط عبارتی جبری که به نقاط گرهی مجاور مربوط می شود تقریب می زنند .
دستگاه های معادلات جبری را با محاسبه عبارتهای بالا در هر یک از گروههای شبکه به دست می آورند . آن گاه دستگاه معادلات را برای مقدار متغیر وابسته در هر گره حل می کنند . روش اجزائ محدود ابزار تحلیلی عددی عملی و مهمی است و تقریبا در تمام سطوح مهندسی روش المان محدود در واقع حالت گسترش یافته روش های تحلیل معمولی قاب ها به سازه های دو و سه بعدی نظیر صفحات و پو سته ها می باشد . این روش توسط پیشگامان صنعت هواپیمایی که احتیاج مبرمی به تحلیل دقیق سازههای پیچیده داشتند ابداع گردید. ازسال 1950 به بعد دسترسی به کامپیوترهای دیجیتالی اتوماتیک به پیشرفت های سریع روش های ماتریسی کمک فراوان نموده است.
ایده الی کردن محیط های پیوسته ارتجاعی با استفاده از المان های یک بعدی در سال 1941 توسط ( Hrennikoff ) انجام شده و در سال 1943(Mchenry ) مسائل ارتجاعی صفحه ای را با استفاده از تشابه شبکه ها (Lattice) مورد مطالعه قرار داد. Newmark صفحات را با استفاده از سیستمهای شبکه بندی شده qrillage و Parikh & Norris پوسته ها را با استفاده از تشابه آنها با خرپاهای فضایی مورد برسی قرار داده اند . فرمول سازی روش تحلیل ماتریسی سازه ها و بخصوص ابداعات ( Argyris ) اساس بسط روش های المان های محدود توسط Clough و همکارانش بود .
مشابه روش های تحلیل عمومی قاب ها مفاهیم اساسی روش المانهای محدود نیز بر اساس مطالعه سازه ها به صورت مجموعه ای ازسازه ها استوار است. در تحلیل ماتریسی سازه ها ، یک سازه به اجزائ محدود تقسیم می شود که در نقاط محدودی موسوم به (( نقاط گرهی )) به همدیگر اتصال دارند . با توجه به اینکه اسکلت های ساختمانی شامل اعضای خطی اتصال یافته در گره ها می با شند ، لذا عمل تقسیم بندی به صورت طبیعی انجام شده و این چنین سازه ای را می توان بلا فاصله با استفاده از روش های ماتریسی مورد تجزیه و تحلیل قرار داد .
در سازه هایی نظیر یک صفحه مستوی که از یک محیط پیوسته تشکیل شده است ، تقسیم بندی طبیعی موجود نبوده و بنابر این قبل از این که روش ماتریسی تحلیل در مورد آن قابل اجرا باشد . صفحه باید به صورت مصنوعی به تعداد المان تقسیم گردد .
این المان های مصنوعی که به ((المان های محدود )) یا (( المان های مجرئ )) موسومند . عموما به شکل های مثلثی و مستطیلی انتخاب می شوند .
شکل a نحوه تقسیم بندی یک دیوار مایل را به المان های مثلثی و شکل b نمونه ای از یک صفحه مستطیلی تقسیم شده به المان های مستطیلی را نشان می دهد.
المان های محدود صرفا قطعات بریده شده از سازه نبوده بلکه یک نوع المان های ارتجاعی هستند و تغییر شکل آن ها طوری مفید گردیده که پیوستگی کلی مجموعه حتی الا مکان حفظ شود . بنابر این تحلیل یک محیط پیوسته با تحلیل یک اسکلت ساختمانی از دو نظر اساسی فرق پیدا می کند .
یکی تقسیم بندی اولیه به المان ها و دیگری تعیین خصوصیات ماتریس سختی المان ، ایده آلی نمودن توسط المان های محدود طبیعتا طوریست که دقت حل عموما با زیاد شدن تعداد المان ها افزایش پیدا می کند ، لیکن باید خاطر نشان نمود که همزمان با بالا رفتن تعداد المان ها زمان لازم کامپیوتر برای حل نیز افزایش یافته و در نتیجه به هزینه تحلیل افزوده می شود . در تحلیل بعضی از سازه ها ، ممکن است تقسیم بندی محیط پیوسته به المان هایی که دارای بعد مختلف هستند صورت گیرد. این امر باعث دقیق تر شدن مطالعه ناحیه هایی از سازه می گردد که انتظار می رود .
در آنها تمرکز تنش به وجود آید. انواع المان های محدود در دسترس قرار دارد که هر کدام از آنها مزایای مخصوص خود را دارند . المان های که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند المان های مثلثی و المان های مستطیلی می با شند . این المان ها برای تحلیل بسیاری از مسائل الاستیسیته ، خمش و پوسته ها مناسب است . در سازه ای نظیر یک سازه مستوی که از یک محیط پیوسته تشکیل شده است . تقسیم بندی طبیعی موجود نبوده و بنابر این قبل از اینکه روش ماتریسی تحلیل در مورد آن قابل اجرا باشد ، صفحه باید به صورت مصنوعی به تعدادی المان تقسیم گردد . این المان های مصنوعی که به المان های محدود یا المان های مجزا موسومند عموما به شکل های مثلثی و مستطیلی انتخاب می شوند . در واقع این
المان ها در طول مرز مشترک خودشان به همدیگر متصل هستند . به منظور ممکن ساختن تحلیل ، با استفاده از روش تحلیل ماتریسی سازه ها ، در مورد المان های ساده فرض بر این است که المان های مزبورفقط در گره ها به هم متصل شوند. قبول این فرض به این معنی است که شرایط پیوستگی در کناره های المانها ، سازه ها را به صورتی انعطاف پذیر تر از آنچه هست در می آورد . به هر حال در روش های المان محدود تغییر شکل هر کدام از المان ها به یک شکل خاص مشخص می شود بنابر این هر چند پیوستگی فقط در نقاط مشخص شده گره ای مشخص ارضاء می شود، لیکن با انتخاب تغییر شکل مناسب برای اعضای پیوستگی در تمام یا لا اقل قسمتی از کناره های المان مجاور هم اقنا می گردد.
ضربه قوچ :
ضربه قوچ که چکش آبی نامیده می شود. ترجمه اصطلاح انگلیسی water Hame می باشد که در خطوط لوله جریان های تحت فشار با مجاری باز حادث می شود یکی ازبخش های هیدرولیک جریان های میرا می باشد . مطالعه و برسی هیدرولیک جریان های میرا جهت طراحی اکثر کارهای آبی مخصوصا خطوط انتقال شهرها ، تصفیه خانه ها، نیروگاههای آبی سدها، نیروگاههای اتمی، پالایش گاهها، وصنایع پتروشیمی اجتناب نا پذیر است و از نظر اقتصادی اتخاذ تدابیر لازم مطابق مطالعات حاصله در یک علم از نظر اقتصادی و علمی کاملا
توجیه پذیر و شایسته است . امروزه در کلیه طرح ها ی انتقال آب یا سیستم انتقال سیالات دیگر مطالعه هیدرولیک جریان میرا با ضربه قوچ امری لازم وضروری است. ضربه قوچ بعلت تغییر سرعت در جریان سیا ل پدید می آید که این تغییر سرعت می تواند به علل مختلفی باشد که باعث تغییر جریان سیال شده و در بالا دست محل یا پایین دست آن ایجاد فشار منفی یا مثبت گردد.
عوامل ایجاد کننده ضربه قوچ عبارتند از:
کاهش یا افزایش سرعت و دبی جریان با مانور شیرهای کنترل در خطوط لوله جریان – کاهش یا افزایش سرعت و دبی جریان با باز و بسته نمودن دریچه های کنترل در لوله های آب بر توربین نیروگاه ها – راه اندازی یا از کار انداختن پمپ- درهنگام قطع یا وصل یا کاهش و یا افزایش دبی و سرعت در جریانهای ثقلی با استفاده از سیستمهای کنترل. قطع برق در ایستگاه های پمپاز یا قطع مولد نیرو درهرنوع. ایستگا های پمپاز - وجود تغییرات در مسیر جریان از جمله افزایش و کاهش قطر.
را ههای کنترل ضربه قوچ :
در سیستمهای انتقال مایعات علاوه بر فشار کاری نرمال در حالت عادی و پایدار سیستم تحمل می نماید . فشار های ناخواسته مثبت و منفی ناشی از آشفتگی ایجاد شده در جریان که همان ضربه قوچ می باشد نیز به وجود می آید . در علوم مهندسی ها و طراحی ها اقتصادی بودن طرح یکی از اهداف هر پروژه می باشد . معمولا سیستمها را جهت فشار کاری نرمال طرح می کنند . اگر پمپها و سایر تاسیسات را جهت فشار ضربه قوچ طراحی کنند هزینه اجرا خیلی بالا رفته و گاها نیز بعضی از اتصالات و توربین هایی که
قابلیت تحمل فشار ضربه قوچ مربوطه را داشته باشند ، به آسانی قابل تهیه نمی باشند لذا در اکثر طرحها امکاناتی را جهت کنترل ضربه قوچ تعبیه میکنند .
رابطه تعیین ضربه قوچ به صورت زیر ارائه شده است .
v H = -a/g *
همانطوری که مشخص است عواملی که در میزان فشار ضرب قوج موثرند عبارتند از : از v ، g ، a ،از سه عامل فوق g شتاب ثقل ، مقداری ثابت می باشد ، جهت کنترل ضربه قوچ یا پایین آوردن فشار آن باید مقدار v و a را کاهش دهیم . سپس باید تاسیسات تعبیه شده یکی از دو عامل فوق یا هر دو را بتوانند کاهش دهند . تاسیسات متعددی بنا به اقتضای طرح مورد استفاده قرار می گیرد که در این فصل شرح داده می شوند .
استفاده ازچرخ طیار- چرخ لنگر-(Fly Weel ) :
کوپله کردن چرخ لنگر با پمپ باعث افزایش اینرسی پمپ می گردد بدین ترتیب به هنگام قطع نیروی محرکه پمپ بعلت وجود اینرسی حاصل از چرخ لنگر پمپ بلا فاصله متوقف نمی شود،زمان قطع جریان اضافه میگردد که هم مقدار v کاهش پیدا می کند و هم زمان توقف کامل جریان بیشتر از زمان رفت و بر گشت ضربه قوچ به انتهای مسیر می شود که معمولا جهت ایستگاه های پمپاژ و مسیر های کوتاه انتقال استفاده می شود . بعلت عدم کارایی مناسب در این طرح از ارائه محاسبات مربوطه خودداری می شود .
شیرهای هوا در ارتفاعات ( Air Valves ):
در نقاط مرتفع با ماکزیمم نسبی مسیر خط انتقال شیرهای هوا باعث از بین خلاءحاصله و فشار منفی می گردد و حد پایین فشار ضربه قوچ را محدود می نماید .
مخازن موج گیر ( Surge Tank ):
این مخازن مخازنی هستند که با سقف باز بدین صورت که مایع درون آنها در فشار محیط و در معرض هوا می باشد این مخزن در نقاط مرتفع نصب می گردد و به هنگام ایجاد فشار منفی مایع مورد نیاز خط را تامین و به هنگام فشار مثبت نیز مایع اضافی را در خود ذخیره می کند . در این نوع مخازن سطح آب داخل آن هم تراز خط گرادیان هیدرولیکی انتقال می باشد مخازن ضربه گیر در انواع مختلف ساخته می شوند که تقریبا وظیفه همگی آنها استهلاک نوسانات ضربه قوچ می باشد .
انواع مخازن ضربه گیر :
الف ) مخزن موج گیر ساده
ب ) مخزن موج گیر روزنه ای
ج ) مخزن موج گیر تفاوتی
د ) مخزن موج گیر یک طرفه
ه ) مخزن موج گیر بسته
و ) مخزن موچ گیر نقبی
استفاده از لوله کنار گذر ( By Pass ) :
در این روش یک لوله کنار گذر قسمت مکش پمپ را به لوله رانش وصل می کند و در مسیر کنار گذر یک شیر یک طرفه نصب می شود که مانع عبور جریان در هر حال از قسمت رانش به مکش به صورت برگشتی باشد و وظیفه آن هنگام از کار افتادن پمپ می باشد که با ایجاد فشار منفی در بعد از پمپ خلا به وجود آمده اجازه عبور جریان از قسمت مکش پمپ از مجرای کنار گذر به قسمت رانش جهت جبران خلا داده می شود.
استفاده از شیرهای اطمینان یا تنظیم فشار :
در این نوع سیستم شیرهای آزاد کننده در قسمت رانش پمپ ودرست بعد از پمپ نصب می گردد گه به محض اینکه در فشار مثبت ضربه قوچ فشار خط از حد معینی تجاوزنمود اجازه تخلیه مایع از یک سه راهی را می دهد . از این نوع سیستم بصورت مکمل با لوله کنار گذر معمولا در ایستگاه های پمپاز کوچک استفاده می گردد.
محفظه های هوا ( Air vessel ):
این سیستم محفظه های هوایی سر بسته ای هستند که قسمت پایین آن را آب و قسمت فوقانی را هوای فشرده پر کرده است . این مخازن معمولا بعد از پمپ ورودی خط پمپار نصب می گردد در این نوع محفظه ها بهنگام از کار افتادن پمپ و ایجاد فشار منفی مایع مورد نیاز را با توجه به فشار ناشی از هوای فشرده روی مایع تامین می کند و بهنگام ایجاد فشار مثبت نیز سیال مازاد متراکم را به تراکم بیشتر هوای فشرده تحمل می نماید .
معمولا دهانه ورودی این مخازن را تنگ تر از مجرای انتقال آن به مخزن می سازند طوری که حدودا 2.5 برابر مسیر افت ایجاد نماید که این افت باعث استهلاک سریع تر فشار نوسانی ضربه قوچ می گردد. این سیستم را برای هر نوع خط انتقال و تاسیسات نیروگاهی نصب نمود و مزایای آن نسب به مخازن ضربه گیر عبارتست از : با توجه به تحت فشار بودن و در بسته بودن آن در هر نقطه ای از خط انتقال می توان آن را نصب نمود حتی در فضای سر بسته ایستگاه پمپاژ در صورتیکه در مخازن ضربه گیر بعلت ارتفاع بلند مورد نیاز در نقاط مرتفع باید نصب شود . حجم محفظه هوا در موارد نیاز مشابه با مخزن ضربه گیر کمتر است در هوای سرد مشکلات ممانعت از یخ زدگی نسبت به مخزن ضربه گیر کمتر است چونکه می توان آن ها را در محل سر پوشیده ودر ایستگاه پمپاژ نصب نمود .
معایب آن نسبت به مخزن ضربه گیر نیاز به تاسیسات جنبی از قبیل کمپرسور هوا می باشد که به طور مداوم نیاز به سرویس و تعمیر و نگه داری دارد . به هنگام نصب محفضه های هوای فشرده بر روی خطوط انتقال معمولا بعد ازپمپ ها شیر های یک طرفه نصب می کنند .
استفاده ازمخزن ضربه گیر در ایستگاههای پمپاژ:
همان طور که اشاره شد استفاده از مخزن ضربه گیر جهت مقابله با چکش آبی یا اصطلاحا ضربه قوچ معمول می باشد . گاها در تاسیسات پمپاژ به جای این مخزن از شیر های اطمینان و اصطلاحا یک طرفه در مسیر پمپاژ استفاده می شود ، ولی هنگامی که ارتفاع پمپاژ زیاد بوده و نیاز به شیر های ضربه گیر یا یک طرفه بزرگ باشد ترجیحا به طراحی مخزن ضربه گیر می پردازند .
محفظه هوا و آب روش بسیار مناسب برای میرا نمودن موج برگشتی آب می باشد با برگشت موج آب به داخل مخزن با توجه به هوای فشرده در پشت آب مخزن کار دمپر و میرا کننده انجام می گیرد و پس از چندین بار رفت و برکشت موج در داخل مخزن نهایتا جریان آرامش پیدا کرده و ضربه مورد نظر خنثی می گردد. اگر هوای داخل مخزن خیلی کمتر از آب باشد . قدرت میرا کنندگی کمتر است ، زیرا نوسان آب محدود تر خواهد شد . همچنین اگر هوای داخل مخزن خیلی زیاد باشد هر چند
داخل خط باعث هوا گیری پمپ های ایستگاه شده و اخطلال در کار پمپاژ بوجود می آورد . بنابر این حجم داخل مخزن از نظر میزان آب یا هوای فشرده بایستی کنترل گردد و در بهترین حالت دو سیال داخل مخزن شارژ شوند یعنی نه آنقدر هوا داخل مخزن وجود داشته باشد که در زمان تزریق به شبکه دچار مشکل شود و نه آنقدر آب که اجازه نوسان و میرا کنندگی را از هوا و آب داخل مخزن بگیرد. (شکل 1- 2 ) برای انتخاب این حالت طراحی های مختلف صورت گرفته و بهترین حالت ها برای مخازن مشخص تعیین شده است . جهت مشخص شدن میزان آب داخل مخزن نشانگرهایی بر روی مخزن نصب می گردد که بامشخص شدن میزان آب داخل مخزن هوا نیز تحت کنترل قرار خواهد گرفت در این تحقیق ما سه حالت عمده ممکن را تحت برسی قرار می دهیم یعنی در زمانی که حد اقل آب داخل مخزن باشد و یا وسط مخزن و یا اینکه حد اکثر حجم مخزن را با آب گرفته باشد در این سه حالت نیروهای وارده به مخزن و تکیه گاهها و همچنین تنش های وارده را مورد برسی قرار می دهیم
این تحقیق در نظر دارد نحوه تحلیل استاتیکی یک مخزن ضربه گیر را به روش المان محدود برسی کند . ضمنا در فصل های اول و دوم چگونگی کار و علت استفاده از این مخزن در تاسیسات و ایستگاه های پمپاژ شرح داده شده . در این فصل نوع تحقیق از نظر دستورات نگارشی مشخص می شود.
پرسش تحقیق:
در این تحقیق هدف تحلیل استاتیکی مخزن ضربه گیر به روش اجزاء محدود می باشد که می بایست پس از تحلیل کامل نیروهای داخلی وارد به مخزن و تنش های ناشی از این نیروها با استفاده از قوانین مکانیک و معادلات ریاضی تعیین گردد . بنابر این تحقیق فوق با توجه به اینکه در نظر دارد قضیه استاتیک مخزن ضربه گیر را با استفاده از نرم افزار کامپیوتری حل نماید دارای پایگاه اثباتی بوده و با توجه به اینکه تحقیق در زمان حال شروع گردیده و در زمان حال نیز خاتمه می یابد تحقیق از نوع کنونی می باشد .
طرح تحقیق :
در تحقیق فوق از نظر طرح تحقیق به وضوح و روشنی نمی توان اظهار نظر کرد . اما در خصوص فصل پنجم که تحقیق مخزن ضربه گیر می باشد می توان روش نمونه گیری را استفاده نمود .
فن تحقیق:
در تحقیق فوق پس از یک سری مطالعات و کسب اطلاعات از مراجع مختلف جهت تکمیل تحقیق به یک اطلاعات مستند و موجود مراجعه شده که در اینصورت فن این تحقیق از نوع کتابخانه ای می باشد
طرح تحلیلی :
در تحقیق فوق جهت شروع کارو تعیین روابط از تئوری ورقها وپوسته ها جهت تحلیل مخزن استفاده شده است و همچنین علم مکانیک و ریاضی دراین تحقیق بکار گرفته شده است.
طرح زمان اجرایی:
تحقیق فوق متشکل از پنج فصل می باشد که هر کدام از فصلها از اهمیت خاصی بر خوردار است لذا برنامه زمانبندی لازم جهت هر کدام از فصلها به ترتیب زیر می باشد انجام مراحل فصل اول و سوم هر کدام یک ماه و فصل دوم (مرور مطالعاتی) با توجه به بررسی بیشتر به دو ماه وقت نیاز دارد. فصل چهارم بدلیل آنکه نیاز به کار زیاد با کامپیوتر داشته و نرم افزارهای مختلفی امتحان شده است از جمله ) SAP 90 ( چهار ماه به طول انجامیده شده است. فصل پنجم : جهت جمع بندی و نتیجه گیری نیاز به حداقل یک ماه وقت بوده است جمعا کل تحقیق حدودا نه ماه طول کشیده است.
روش کلی تحلیل اجزاء محدود :
در روش اجزاء محدود ، مرز و حوزه جواب را توسط نقطه ها و خط ها ، یا سطح هایی به چند زیر ناحیه گسسته محدود یا اجزاءمحدود تقسیم می کنند . چند خط نقطه گرهی گسسته همراه با شبکه ای که ناحیه را تقسیم می کند ، به وجود می آیند این نقاط گرهی درهر جایی در امتداد یا درون خطوط شبکه اصلی تقسیم کننده می تواند قرار گیرد ، اما در خطوط( یا سطوح ) متقاطع شبکه جای دارند معمولا این اجزاء مرزهای مستقیم دارند و بنابر این در صورتی که که ناحیه واقعی مورد نظر مرزهای خمیده خطی داشته باشد ، تقریبهای هندسی در ایده ال سازی هندسی مطرح خواهد شد .
به نقاط گرهی اعداد مشخص کننده ای تخصیص می یابد (اعداد گره ) همینطور به هر جزءعدد صحیح مشخص کننده ای تخصیص می یابد این اعداد جزءاز یک شروع می شوند و به مقدار ماکزیمم می رسند . همان طور که بعدا بحث خواهد شد . تخصیص اعداد گرهی و اعداد جزء اثر مهمی بر روی زمان حل و شرایط ذخیره سازی خواهد داشت .
تخصیص اعداد گرهی و اعداد جزء اثر مهمی بر روی زمان حل و شرایط ذخیره سازی خواهد شد . تحلیل گر چند درجه آزادی ( تعمیم یافته Daf ) را به هر گره تخصیص می دهد . اینها پارامترهای گرهی ( مجهول ) هستند که توسط تحلیل گر برای ارضای فرمول بندی مساله مورد نظر انتخاب شدند .
پارامترهای گره هی معمولی عبارتند از : فشار ، موئلفه های سرعت ، مولفه های تغییر مکان ، گرادیان های تغییر مکان و غیره ، هر چند معمولا پارامترهای گرهی مفهومی فیزیکی دارند . اما الزاما چنین نیستند . معمولا هر گونه گره نمونه وار شکل (1- 4 ) به پیش از یک جزء مربوطه است .
حوزه نفوذ هر گره نمونه وار و هر جزء نمونه وار نیز در شکل الف دیده می شود . هرجزء نمونه وار چند نقطه گرهی مربوط به خود دارد که در روی مرزهایش یا درون آنها قرار گرفته است . این عملیات ایده آل سازی ، تعداد کل درجات آزادی مربوط به هر گره نمونه وار یا هر جزءنمونه وار را مشخص کند . برای تعریف مختصات فضایی هر نقطه تخصیص می دهند . هدف این کد ها این است که مشخص کنیم کدام پارامتر گرهی ، در صورت وجودقیدای مرزی مشخص در گره ها را دارند ، همبندی جزء یعنی فهرست اعداد گرهی کل متصل به هر جزء مفهوم
مهمی است . داده های همبندی جزء ، توپولوزی شبکه را مشخص می کند . بنابر این برای هر جزء وارد کردن اعداد گرهی که به آن جزء خاص مربوط می شود ضروری است این آریه داده ها ، اطلاعات لازم برای اجزای مهم محاسباتی را تامین می کند ، مسئله اساسی ، ایجاد ماتریس های جزء هست و به طور کلی مستلزم جانشینی توابع درون یابی به شکل انتگرال حاکم است . از نظر تاریخی ، ماتریس های بدست آمده را به ترتیب ماتریسی سفتی و بردار بار نامیدند . تقریبا تعریف های ماتریس های اجزاء شامل چند نوع ضریب یا ویژگی مشخص اند.هر چند مسئله اجزاء محدود ، به تعریف ویژه گیها در نقاط گره هی نیاز دارد . مثلا در تحلیل تنش ممکن است ، بخواهیم اجزاء یا ضخامت متغیررا با تعیین ضخامت ماده در
هرنقطه گرهی تعریف کنیم، روش اجزای محدود برای حل مسائل نا همگن بسیار مناسب است پس در بیشتر مسائل اجزاء محدود لازم است که تحلیل گر ویزگی های بخصوص را به هر جزء تخصیص دهد . به هنگام بر قراری معادلات اجزاء سهم هر جزء را برای تشکیل معادلات سیستم اضافه می کند . معمولا معادلات سیستم ناشی از تحلیل اجزاءی محدود متقارن خواهد بود . پس از سر هم سازی معادلات سیستم ، لازم است قید های مرزی را قبل از حل آن برای پارامترهای گرهی مجهول ، اعمال می گردد. معمولا قید های مرزی پارامترهای گرهی عبارتند از :
1 _ تعریف مقادیر صحیح مجهولات روی مرز ها
_ 2 تعریف معادلات قید که در ترکیبات خطی کمیتهای گرهی اند .
پس از ارضای تمام شرایط ، معادلات سیستم را به کمک شیوه هایی که ماهیت متقارن مساله را در نظر دارد ، حل می کنند .
یک عمل مرتبط که غالبا از روش اجزای محدود ناشی می شود ، مسئله تولید داده هاست ، یک عیب روشهای اجزای محدود نیاز به داده های فراوان است برای ناحیه هایی که شکلهای هندسی پیچیده دارند ، شرایط تقریب دقیق مرزها همراه با مطلوبیت شبکه ظرفیت استفاده از نقاط گرهی و اجزائ متعدد را مطلوب می سازد .
تشخیص مکانهای چنین نقاط گرهی و اجزای متعدد . کاری زمان بر است که در آن
احتمال خطای انسانی زیاد است . ارزیابی و آماده سازی داده ها در حدود 30 تا 40 درصد هزینه و زمان کلی لازم را در حل مسائل عملی بزرگ تشکیل می دهد . برای کمینه کردن زمان آماده سازی داده ها و احتمال خطا ، چندین طرح برای تولید خودکار بسیاری از داده های لازم به وجود آمده است . این عملیات را معمولا پیش پردازش می نامند .
با توجه به مطالب گفته شده وهمچنین با پیچیدگیهای مدل مورد نظر ما برای تحلیل نیاز به استفاده از یک نرم افزار المان محدود می باشیم که با توجه به امکانات موجود نرم افزار جامع و کامل cosmos/m را انتخاب کرده ایم که این نرم افزار قابلیت فراوان در تحلیل و انالیز سازه ها می باشد و از نظر مدل المانبندی شده ، تعدادی المانهای زیادی را پوشش می دهد .
روند کلی برای تحلیل با استفاده از نرم افزار و همچنین نتیجه گیری از آن ابتدا باید مدل سازی و یا به عبارتی هندسه سازه را تشکیل داده و المان بندی کرده و پس از آن المان بندی و کامل شدن مدل به قرار دادن شرایط مرزی می پردازیم و در نهایت با اعمال بار گذاری های تعریف شده به تحلیل سازه خواهیم پرداخت و می توانیم خروجی های (خروجی ها و جابجایی ها ) را ملاحظه کرد . حال قبل از تشریح کامل مراحل فوق لازم است با توجه به شکل سازه مورد نظر و همچنین مواد معرفی در ساخت آن ، توضیحاتی پیرامون نوع المان و دلیل انتخاب این نوع المان داده شود .
المان مستطیلی برای مسائل صفحه ای ( المان پیوسته memberane )
مسائل صفحه ای شامل برسی محیطهای پیوسته است که در صفحه خود بارگذاری شده اند . وقتی محیط پیوسته ای تحت تاثیر نیروهای عمود بر صفحه قرار گیرد تغییر مکانهای خارج از صفحه ایجاد می گردد .
