بخشی از مقاله
چکیده
در یکی از زمینه های عمدهی استفاده از کامپوزیتها، لولههای کامپوزیتی با ابعاد مختلف میباشند. این لولهها بهدلیل نسبت استحکام به چگالی بالا و مقاومت به خوردگی جایگزین بسیار مناسبی برای لولههای فلزی و بتنی هستند. شبیه سازی رفتار مکانیکی لوله های کامپوزیتی روشی کمهزینه برای بهینه سازی مشخصات لوله در کاربردهای مختلف است.
در این مقاله با استفاده از شبیه سازی در نرمافزار آباکوس اثرات پارامترهای مختلف از جمله شعاع فیلت، تعداد لایه ها و جهت گیری الیاف در لایههای مختلف لوله های کامپوزیتی با سطوح مقطع مختلف در حالتهای بارگذاری فشار داخلی و پیچش بررسی شدهاست. مقادیر تنشهای محیطی در حالت بارگذاری فشار داخلی و تنشهای برشی در حالت بارگذاری پیچشی محاسبه شدهاند.
نتایج به دستآمده در حالتهای سادهی بارگذاری با روابط تحلیلی موجود مقایسه شدهاند و دارای تطابق کاملی با این روابط هستند که این موضوع در پژوهشهای پیشین دارای خطاهای قابل ملاحظهای بودهاست و لذا مدل ارائه شده در این پژوهش در حالتهای مختلف و پیچیدهتر بارگذاری که روابط تحلیلی موجود نیستند، مدل مناسب و قابل قبولی میباشد.
مقدمه
بهطور کلی مواد بر اساس خواص اصلی خود از قبیل سختی، استحکام، دانسیته و دمای ذوب به چهار گروه اصلی فلزات، پلاستیک-ها، سرامیکها و کامپوزیتها تقسیم میشوند. هر گروه دارای تعداد زیادی ماده با تنوع وسیع خواص هستند، که در بعضی موارد یک سری از این خواص بر خواص گروههای دیگر منطبق میشوند. از میان همهی مواد کامپوزیتها دارای پتانسیل بالقوه بهتری برای جایگزین شدن و استفاده وسیع به جای فولاد و آلومینیوم هستند و در برخی مواقع کارآیی بهتری دارند، جایگزین شدن قطعات کامپوزیتی به جای قطعات فولادی 60 درصد تا 80 درصد و به جای قطعات آلومینیومی 20 درصد تا 50 درصد از وزن تجهیزات را کاهش میدهد.
امروزه مشخص شدهاست که برای بسیاری از کاربردهای مهندسی، کامپوزیتها میتوانند یک مادهی منتخب باشند پوسته ها از جمله اصلیترین عناصر سازهای میباشند که استفاده از آنها در شاخههای مختلف مهندسی به عنوان یک نیاز اساسی محسوب میگردد. این سازهها به علت دارا بودن ویژگیهای ممتاز در رفتار مکانیکی خود، در زمینه های مختلف از جمله صنایع نفت و گاز، سکوهای فرا ساحل دریایی، سیلوها و برج خنک کننده و هم چنین پایه های دکلهای حفاری و پلهای بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند
مادهی کامپوزیتی از ترکیب دو یا چند ماده ساخته میشود تا خواص ترکیبی بینظیری را ایجاد کند. دیدگاه استفاده از لولههای کامپوزیتی در خطوط انتقال در کشورهای توسعه یافته - به ویژه کانادا - یک باور جا افتاده است اما در ایران کماکان دید سنتی استفاده از لوله فلزی پا برجا است. لولههای کامپوزیتی قادرند به عنوان یک جایگزین توانا در خطوط انتقال با لوله های فلزی رقابتکنند. مزایای به کارگیری لولههای کامپوزیتی در خطوط انتقال سیالات نفتی را میتوان به شرح زیر خلاصه نمود
· مزایای کوتاه مدت لوله کامپوزیتی عبارتند از: وزن پایین، هزینه پایین حمل و نقل و اجرا.
· مزایای بلند مدت لوله کامپوزیتی عبارتند از: ثابت ماندن ضریب اصطکاک در طول عمر خط، عدم نیاز به روشهای حفاظتی نظیر حفاظت کاتدی.
هر قدر طول خط انتقال بیشتر باشد، استفاده از لوله کامپوزیتی مقرون به صرفه تر خواهد بود. لوله فلزی با پوشش کامپوزیتی نمیتواند قیقاًد مانند یک لوله تمام کامپوزیتی رفتار کند. قابلیت تعمیراتی لوله کامپوزیتی وضعیت کاری بسیار راحتتری را برای بهرهبردار ایجاد مینماید. توجه به این نکته ضروری است که بروز عیوب در لولههای فلزی بر اثر عوامل خارجی و داخلی پدید میآید اما در لولههای کامپوزیتی، به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و پوسیدگی، تنها عوامل خارجی در بروز عیوب موثرند
انتخاب سطوح مقطع مختلف برای لولههای کامپوزیتی بهویژه در مواردی که قیود و محدودیتهای فضایی وجود دارد، از اهمیت بالایی برخوردار است. در این موارد روابط تحلیلی موجود نیستند و روش اجزای محدود روشی کارآمد در تحلیل میباشد. شیا و همکاران - 2001 - روش تحلیلی برای محاسبهی تنشهای لولههای فایبرگلاس چندلایهای تحت فشار داخلی ارائه دادند
وهاب و همکاران - 2006 - آنالیز تنشی برای لولههای با سطوح مقطع غیر مرسوم ارائه کردند. مدل ارائه شده با استفاده از نرمافزار انسیس و دارای خطاهای قابل ملاحظهای بهویژه در حالت بارگذاری پیچشی با روابط تحلیلی بود
وهاب و همکاران - 2009 - شکست لولههای کامپوزیتی تقویت شده با سطوح مقطع غیرمرسوم از جمله مربعی تحت فشار داخلی و خمش چهار نقطهای را مورد آزمایش قرار دادند و دستگاه پیچاندن الیاف را معرفی کردند.
