بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله توزیع تنش در محل اتصال پوسته های کروی و مخروطی با پوسته استوانه ای در مخازن چند تکه تحلیل می شود. همچنین اثر تقویت اتصال مخروط و استوانه مخزن فلزی با لایه کامپوزیتی جهت کاهش تنش های تقاطعی ناشی از خمش بررسی می گردد. تنش های خمشی در محل اتصال مخروط-استوانه و کره-استوانه در مخزن فلزی با استفاده از روش های تقریبی تحلیلی استوانه معادل برای اتصال مخروط به استوانه و تقریبی تحلیلی برای اتصال کره به استوانه محاسبه می شوند.
نتایج روش تقریبی تحلیلی با روش عددی - نرم افزار - ABAQUS و استاندارد ASME - نرم افزار - pv elite مورد مقایسه قرار می گیرند. باتوجه به تغییرات تنش زیاد در تقاطع مخروط- استوانه، استاندارد استفاده از رینگ تقویت کننده فلزی را پیشنهاد میدهد. به علت هزینه و محدودیت ساخت رینگ، وزن مخزن و تنش های زیاد در محل اتصال، استفاده از رینگ تقویت کننده فلزی اقتصادی نیست.
بنابراین لازم است تا برای تقویت اتصال مخروط- استوانه از رشته پیچی موضعی لایه های کامپوزیتی کربن اپوکسی محیطی استفاده شود. نتایج تحلیل عددی دو مخزن فلزکامپوزیتی تقویت شده با 3 و6 لایه بدست می آید و تنش های اتصال با نمونه فلزی مقایسه می شود. در نهایت تخریب استاتیکی مخازن با استفاده از معیار فون مایزز تعیین می گردد.
مقدمه:
مخازن تحت فشار چندتکه در نگه داری سیالات، بدنه موشک، سیلو، زیردریایی، دماغه هواپیما، کامیون های حمل سوخت و برج تقطیر صنایع پتروشیمی به طور گسترده استفاده می شود.
مخازن صنعتی از منظر جنس بدنه به پنج دسته تقسیم می شود:-1 تمام فولادی-2آستر فولادی و سطح خارجی جزءکامپوزیتی -3 آستر فولادی و سطح خارجی تمام کامپوزیتی -4 آستر و سطح خارجی کامپوزیتی -5 بدون آستر و تمام کامپوزیتی
در این تحقیق از دو نوع اول و دوم استفاده می شود. استفاده از کامپوزیت در ساخت مخازن تحت فشار به سبک شدن مخزن و در عین حال کاهش هزینه ساخت کمک می کند و همین امر باعث شده که روز به روز از کاربرد مخازن فلزی کاسته شده و گرایش به ساخت مخازن کامپوزیتی افزایش یابد. علت این که هنوز بدنه فولادی در مخازن به عنوان یک جزء باقی مانده خاصیت درزبندی آن است که بسیاری از کامپوزیت ها از آن بی بهره اند.
از نظر شکل ساخت، مخازن به دو نوع کروی و استوانه ای تقسیم می شود. تغییر مورد نیاز سطح مقطع برای اتصال دو پوسته با هندسه متفاوت یا خواص ویسکوزیته سیال نگهداری شونده درون آن، استفاده از بخش مخروطی در بدنه مخزن را توجیه می کند. بهینه ترین شکل مخزن نوع کروی است چرا که نیروهای غشایی آن در تمام جهت ها برابر است. دقت بالا مورد نیاز برای ساخت این مخازن، فرایند تولید آن را با پیچیدگی همراه می کند، به همین سبب مخازن استوانه ای کاربرد بیشتری در صنعت دارند. این مخازن می توانند درون خود شامل بخش کروی، بیضوی و مخروطی به عنوان کلگی یا تغییر در سطح مقطع باشند. مخازن استوانه ای می توانند به شکل افقی یا عمودی روی زمین جاسازی شوند.
در تحلیل مخازن تحت فشار فلزی بیشتر از دو روش تئوری الاستیسیته و نظریه کلاسیک پوسته ها استفاده می شود. اینجا از نظریه کلاسیک پوسته ها استفاده می شود که برای تمام پوسته های جدار نازک - نسبت شعاع به ضخامت بزرگتر از - 20 و با چند فرض ساده سازی قابل تعمیم است. در این نظریه جابجایی پوسته با مقدار متناظر آن در سطح میانی برابر قرار داده می شود. از تنش های برشی و عمودی در راستا ضخامت صرف نظر می شود و پس از تغییر شکل خط عمود بر سطح میانی، عمود بر سطح باقی می ماند. تنش های ایجاد شده در بدنه عموما غشایی هستند اما در نزدیکی لبه های اتصال و نزدیک بارهای متمرکز خمش ناشی از گشتاور و نیرو برشی نیز به آنها افزوده می شود.
پیشینه پژوهش:
کچ - - Kuech و لی - - Lee در سال 1965 با استفاده از نظریه المان محدود به بررسی پوسته مخروطی تحت فشار داخلی با تکیه گاه ساده پرداختند. آنها دو دامنه بالا و پایین را به عنوان ملاک برای کار خود در نظر گرفتند و به کمک معیار شکست ترسکا به صحت سنجی نتایج خود پرداختند.
