بخشی از مقاله
چکیده
توزیع دما و تنشهاي القایی ناشی از آن در لوله هاي کامپوزیتی رشته پیچی شده بر پایه رزین اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه - GRE - حامل سیال هیدروکربنی به دماي معین تعبیه شده به صورت روزمینی بر اساس پارامترهاي موثر شامل ضریب هدایت حرارتی و نفوذپذیري گرمایی و ضرایب هدایت همرفت تحلیل شد. بر اساس روش ارائه شده در این مقاله، طول عمر لوله کامپوزیتی 8 اینچ بر پایه رزین اپوکسی تقویت شده با %70 الیاف شیشه حامل سیال هیدروکربنی به دماي 30 درجه سانتیگراد تحت فشار 35 بار و دماي محیطی 60 درجه سانتیگراد، 51 سال و 36 روز پیش بینی می-شود.
١- مقدمه
تفاوتهاي موجود بین ماهیت ساختاري کامپوزیتها و فلزات انگیزه لازم براي جایگزینی لوله هاي فلزي یا بتنی انتقال را با لولههاي کامپوزیتی فراهم نمود. کامپوزیتها از بعد اهم مشخصات حرارتی شامل ضریب هدایت حرارتی، ضریب انبساط حرارتی، محدوده دماي کاربري و آتشگیري با فلزات متفاوتند . از جمله مزیتهاي مطرح کامپوزیتها در مقایسه با لوله هاي فلزي از دیدگاه مشخصات حرارتی میتوان به هدایت گرمایی کمتر و ضریب انبساط حرارتی کوچکتر اشاره نمود.
لوله هاي فلزي قابلیت کاربرد در محدوده دمایی وسیعی را دارند اما مقاومت پایین در برابر خوردگی و نیاز به روشهاي هزینه بر حفاظت خوردگی کاربرد و طول عمر بهینه آنها را محدود ساخته است؛ از طرفی طول عمر سرویس دهی لوله هاي پایه پلیمري تقویت شده با الیاف در صورت بکارگیري در دما و فشار مناسب پنجاه سال برآورد شده است. این لولهها قادرند تحت فشار 20 بار در دماي 20 درجه سانتیگراد پنجاه سال سرویسدهی داشته باشند. بهترین محدوده دماي کاربري استفاده از لوله هاي پلیمري تقویت شده با الیاف -20 تا 90 درجه سانتیگراد پیشنهاد شده است. لولههاي کامپوزیتی در صورتی که توسط اتصالات کامپوزیتی در خط لوله به یکدیگر اتصال یابند، قادر به تحمل شوك دمایی تا -40 درجه سانتیگراد هستند.
بهرحال افت خواص لوله هاي پلیمري تقویت شده با الیاف تحت تنشهاي ترمومکانیکی با توجه به ماهیت ساختاري این لولهها اجتنابناپذیر است. از میان پارامترهاي مختلفی که بر عملکرد کامپوزیت ها موثرند، توزیع دما و تنشهاي القایی ناشی از آن در درجه اول اهمیت قرار دارند. از آنجا که ضریب انبساط حرارتی در طول الیاف لوله کمتر از جهت عمود بر آن است؛ گرادیان دمایی در صفحات زاویهدار لایههاي کامپوزیت منجر به تنشهاي نرمال و تنشهاي برشی عمودي خواهد شد
مقاله حاضر با هدف بررسی شرایط دمایی عملیاتی بر عملکرد لوله هاي کامپوزیتی انتقال تهیه شده به روش رشته پیچی، طول عمر سرویس دهی این لوله ها را برحسب تنشهاي ترمومکانیکی ناشی از تغییرات دمایی محیطی محاسبه نموده است.
-2 محاسبات
-1-2 پروفیل دمایی
از آنجا که ضریب انبساط حرارتی در طول الیاف لوله پایینتر از جهت عمود بر آن است؛ گرادیان دمایی در صفحات زاویه دار لایه هاي کامپوزیت منجر به تنشهاي نرمال و تنشهاي برشی عمودي خواهد شد
-2-2 آنالیز تنش تحت بارگذاري ترمومکانیکی
اگر یک لوله لمینیت کامپوزیتی در معرض بارگذاري ترمومکانیکی متقارن محوري قرار گیرد، تنشها و کرنشهاي القایی مستقل از θ خواهند بود یعنی . - ∂⁄ ∂θ - = 0 علاوه بر این، جابجایی محوري و شعاعی تنها تابع مختصات شعاعی و محوري خواهند بود. کرنش شعاعی و حلقوي بر حسب جابجایی شعاعی به صورت زیر محاسبه میشود
