بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق به بررسی تحلیلی و عددی تنش در مخازن کامپوزیتی افقی روی دو تکیهگاه زینی پرداخته شده است. هدف از انجام این تحقیق، تحلیل تنش در اینگونه مخازن و معرفی رابطهای جدید به عنوان کد طراحی برای مخازن کامپوزیتی روی دو تکیهگاه زینی میباشد. در بخش تحلیل مخزن، تئوری تیر اویلر برنولی و تئوری کلاسیک لایهای با روش تحلیلی زیک ترکیب میشوند تا تنش ایجاد شده در مخزن بدست آید.
در ارائه این رابطه تحلیلی از ضرایب در نظر گرفته شده توسط زیک استفاده میشود. در بخش عددی نیز رفتار مخزن کامپوزیتی با استفاده از نرمافزار المان محدود آباکوس شبیهسازی میشود. نتایج حاکی از آن بود که تنش بیشینه در بالاترین نقطه از تکیهگاه - لبه تکیهگاه - ایجاد میشود. بر خلاف مخازن فلزی، محل ایجاد تنش بیشینه الزاماً روی سطح خارجی مخزن نخواهد بود و با توجه به نوع لایهچینی، محل ایجاد تنش بیشینه میتواند به لایههای داخلی نیز منتقل شود. همچنین مقادیر بدست آمده از روش تحلیلی نسبت به روش عددی تا 25 درصد بیشتر بود که خود بیانگر وجود یک ضریب اطمینان در طراحی مخازن کامپوزیتی با استفاده از کد بدست آمده، میباشد.
مقدمه
نگهداری و ذخیرهسازی سیالات صنعتی با خوردگی بالا همواره یکی از دغدغههای اصلی صاحبان صنایع بویژه صنایع نفت، گاز و پتروشیمی بوده است. اگر برای نگهداری این سیالات صنعتی از مخازن فلزی استفاده شود، بکارگیری آسترهای بسیار مقاوم لاستیکی و شیشهای بین سیال و بدنه مخزن اجتناب ناپذیر است به طوریکه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود. در سالهای اخیر استفاده از مخازن کامپوزیتی با توجه به مقاومت بالای آنها نسبت به خوردگی و داشتن توجیه اقتصادی نسبت به مخازن فلزی آسترکاری شده، بسیار رایج شده است.
یکی از انواع این مخازن، مخازنافقی هستند که معمولاً روی یک جفت تکیهگاه زینی قرار میگیرند. قرارگرفتن مخزن روی دو زین باعث ایجاد تنشهای محلی بسیار شدیدی در بدنه مخزن میشود. در تحقیق حاضر به بررسی عددی و تحلیلی تنش ایجاد شده در مخازن کامپوزیتی روی دو تکیهگاه زینی پرداخته میشود. در قسمت تحلیل مخزن، از ترکیب روش تحلیلی زیک با تئوری تیر اویلر-برنولی و تئوری کلاسیک لایهای استفاده میشود. هدف بدست آوردن یک رابطه به عنوان کد طراحی اینگونه مخازن است. برای اعتبار سنجی مقادیر تنش بدست آمده از این رابطه، از روش المان محدود و نرمافزار آباکوس استفاده میشود.
در این مقاله ابتدا روش زیک برای تحلیل اینگونه مخازن توضیح داده میشود. سپس با استفاده از ضرایب در نظر گرفته شده توسط زیک، تئوری تیر اویلر- برنولی و تئوری کلاسیک لایهای رفتار مخزن تحلیل میشود. نتایج بدست آمده با روش المان محدود نیز مقایسه میشوند. در پایان به بحث و تحلیل نتایج برای یک مخزن با لایهچینی ارتوتروپ خاص - لایههای 0 و 90 درجه - پرداخته می-شود.
پیشینه تحقیق
مخازن افقی یکی از پرکاربردترین سازههای مکانیکی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، صنایع غذایی، صنایع نظامی و ... میباشند. از مهمترین انواع تکیهگاههایی که برای این نوع مخازن استفاده میشود، میتوان به تکیهگاههای زینی اشاره کرد.
از اولین کارهای تحلیلی که روی این نوع مخازن انجام گرفت، میتوان به کار تحلیلی زیک - - 1951 اشاره کرد. زیک برای تحلیل این مخازن فرض کرد که مخزن روی دو تکیهگاه زینی همانند تیری رفتار میکند که در محل زینها روی دو تکیهگاه ساده قرار میگیرد. همچنین فرض کرد که کمان بالای تکیهگاه در محل لبه تکیهگاه گیردار است. زیک با این فرضیات توانست انواع تنشهای ایجاد شده در این مخازن را بدست آورد. با توجه به تطابق خوب روش زیک با نتایج آزمایشگاهی، این روش مبنای طراحی این نوع مخازن در استانداردهای طراحی مخازن قرار گرفته است.
توث و همکاران - 1982 - مخزن افقی روی تکیهگاه زینی را مورد تحلیل قرار دادند. آنها هر دو نوع تکیهگاه صلب و انعطافپذیر را بررسی کردند. تحلیل مورد نظر با فرض الاستیسیته خطی و با استفاده از معادلات فلوگه انجام شد. جابجاییها و نیروهای اعمالی بصورت سریهای مضاعف فوریه بیان شدند. در این کار توزیع نیروها در عرض تکیهگاه، یکنواخت فرض شدند. ناحیه تماس بین مخزن و تکیهگاه به قسمتهای مجزایی تقسیم بندی شد. طوری که روی هر کدام از نواحی، نیروهای مماسی و شعاعی یکنواخت اما مجهول وارد میشد.
