بخشی از مقاله
چکیده
در طراحی مخازن تحت فشار فلزکامپوزیت، با توجه به پیچیده بودن رفتار کامپوزیت، پیشبینی تعداد لایههای کامپوزیت و ضخامت آستری فلزی جهت طراحی دشوار است. بدین منظور، میتوان نتایج حاصل از تحلیل یک طراحی اولیه را جهت طراحی نهایی مخزن استفاده کرد. در این مقاله ابتدا برای تحلیل، معادلات حاکم بر رفتار مخزن تحت فشار داخلی استخراج شده و با حل این معادلات تنشهای شعاعی، محوری، محیطی و برشی بدست آمده است.
سپس یک مخزن با استفاده از نتایج حاصل از تحلیل، طراحی شده است. برای تحلیل مخزن فلز-کامپوزیت تحت فشار داخلی، از تئوری الاستیسیهی سه بعدی استفاده شده است. در این پژوهش، فرض شده که مخزن مورد مطالعه از یک آستری فلزی و چند لایه تقویت کننده کامپوزیتی ساخته شده است. جهت بهینه بودن طراحی، از معیار فن میزز و تسایوو به ترتیب برای برای کنترل خرابی آستری فلزی و لایههای کامپوزیتی استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان میدهد که نقش آستری در کاهش تنش محیطی و محوری قابل توجه است و اختلاف تنش برشی بین لایهها را کاهش میدهد. همچنین مخزن با تعداد لایههای زوج نتایج بهتری را نشان میدهد. جهت محاسبات عددی نرم افزار متلب - نسخه - 2013 استفاده شده است.
مقدمه:
مخازن تحت فشار یکی از سازههای پرکاربرد در صنایع نفت، پتروشیمی، هوافضا، خودرو، و .... میباشد و به چهار نوع طراحی و ساخته میشود. مخازن نوع اول فلزی هستند و استفاده از آنها با مشکلاتی همچون وزن بالا و نیاز به انرژی بیشتر برای حمل و جابجایی روبرو است. مخازن نوع دوم نسبت به نوع اول سبکتر است، در این نوع علاوه بر کاهش ضخامت قسمت استوانهای آستری، جهت تقویت؛ از الیاف پیچیده شده آغشته به رزین که وزن کمتری نسبت به فلز آستری دارد استفاده میشود.
نوع سوم، تمام آستری فلزی مخزن الیاف پیچی شده است. نوع چهارم که سبکترین نوع مخزن میباشد همان مخزن نوع سوم است با این تفاوت که آستری آن فلز نمیباشد
نقش آستری در نوع سوم و چهارم جلوگیری از نشت گاز میباشد اما در نوع سوم بخشی از بار نیز توسط آستری تحمل میشود و به این دلیل استفاده و طراحی آن دارای اهمیت است -
در طراحی مخازن کامپوزیتی، یک راه جهت تعیین تعداد لایههای کامپوزیت، روش نتینگ آنالیز1 میباشد که بیشتر برای طراحی اولیه مورد استفاده است. در این روش فرض میشود که تمام بار وارده به مخزن، در اثر فشار داخلی؛ توسط الیاف کامپوزیت تحمل میشود
نقش رزین در استحکام لایه کامپوزیت در نظر گرفته نمیشود. تعداد لایههای محاسبه شده با استفاده از این روش بیش از مقدار مورد نیاز جهت تحمل باراعمالی میباشد؛ از این رو طراحی مخازن کامپوزیتی تحت فشار بالا به تحلیل دقیقتر نیاز دارد. جهت تحلیل مخازن کامپوزیتی از تئوری کلاسیک لایهای یا تئوری الاستیسیته استفاده میشود
تئوری کلاسیک لایهای فقط تنشهای در صفحه را محاسبه میکند و تنش در راستای ضخامت از آن قابل محاسبه نیست. در تئوری الاستیسیته میتوان تنشها را سه بعد محاسبه نمود و از این رو نتایج حاصل از این تئوری؛ دقیقتر میباشند
در سالهای اخیر مطالعات گستردهای در حوزه مخازن فلز کامپوزیت صورت گرفته که میتوان به برخی ازآنها اشاره کرد، لیف شیتز و دایان در سال 1995 یک مخزن کامپوزیت با آستری فلزی را آزمایش و نتایج حاصل را با تئوری کلاسیک لایهای مقایسه کردند و نتیجه آن برتری مخزن فلزکامپوزیت بر مخزن تمام فلز بود. کبیرسال 2000 در مقاله خود مخزن کامپوزیتی با آستری فلزی را با در نظر گرفتن تحمل بخشی از بار توسط آستری فلزی مورد تحلیل قرار داد
در این مقاله از روش شبکهای و پیچش ژئودزیک2 استفاده شده است پس از بدست آوردن ضخامتها و مدل کردن آن با هندسههای مختلف سرپوش مخزن، نتایج تنشها را بصورت نمودار ارائه داد میرزایی و رحیمی و یزدانی سال 2013 مخزن نوع سوم را با سرپوش کروی آزمایش کردند و نتایج آزمایش را با نتایج عددی مقایسه کردند. ژیا و تاکایاناگی و کموچی سال 2001 لوله کامپوزیت را تحت فشار داخلی با استفاده از الاستیسیته سه بعدی تحلیل و نتایج تنش و کرنش را بصورت نمودار ارائه کردند.
چن و پن سال 2013 اثر ترک بیضوی شکل را بر آستری مخزن نوع سوم بررسی کردند. قشلاقی و حجتی و دانیالی سال 2006 طراحی اولیه یک مخزن کامپوزیتی را با نتینگ آنالیز انجام دادند و با المان محدود اثر سه نوع سرپوش کروی، ژئودزیک ضخامت ثابت و ژئودزیک ضخامت متغیر را مورد بررسی قرار دادند
