بخشی از مقاله
چکیده
جهت پیش بینی تنش اطراف دو یا چند نازل در مجاورت یکدیگر دستور العملی براي تعیین سطح تنشها وجود ندارد، در این مقاله تحلیل تنش اطراف دو نازل مجاور روي مخازن استوانهاي زمانی که نازل ها فقط تحت بارگذاري ممان خمشی هستند انجام شد . با بررسی نمودارهاي تمرکز تنش براي حالات و ابعاد مختلف مخزن و نازلها مشاهده گردید در صورت نیاز به نصب دو نازل در فاصله محیطی کمتر از نصف شعاع نازل ، دیگر نمی توان از نتایج طراحی یک نازل تنها که در مراجع آمده است استفاده کرد و بایستی از نتایج المان محدود استفاده شود.
مقدمه
نصب نازل و اتصالات در مخازن ذخیره و مخازن تحت فشار براي ورود و خروج محتویات مخزن و یا براي ایمنی تجهیزات لازم و اجباري هستند. از آنجا که نصب نازل و اتصالات مستلزم سوراخ کاري مخزن است ، این موضوع باعث کاهش سطح مقطع مؤثر براي مقاومت در مقابل نیروهاي خارجی و افزایش تنش ها می شود . در محل اتصال نازلها به پوسته مخازن تحت فشار به سبب گشودگی و تمرکز تنش ، کاهش استحکام درپوسته مخز ن به وجود خواهد آمد روش سنتی تقویت اطراف دریچه ها و نازل ها بر اساس قاعده جایگزینی سطح انجام می شود. یعنی براي تقویت اطراف انشعاب، حجم بریده شده از مخزن ، با همان ضخامت میبایستی در اطراف اتصال جایگزین گردد .
به عبارت دیگر، چون در اثر ایجاد سوراخ یک میزان از حجم ماده براي مقاومت در برابر نیروهاي وارده کم شده است؛ لذا همان مقدار حجم ماده خارج شده با همان ضخامت، جایگزین می گردد. اما قاعده جایگزینیسطح هیچ اطمینانی براي بارهاي فشار متناوب، بارهاي استاتیکی و دینامیکی، تغییرات دمایی متناوب و یا ترکیبی از این بارها بدست نمی دهد. از اینرو، تحلیل تنش در مجاورت یک اتصال تحت بارهاي داخلی و خارجی به لحاظ ایمنی و اقتصادي از اهمیت خاصی برخوردار است. انجام آزمایش هاي زیاد روي مدل هاي عملی و تجربی و اجراي تحلیل هاي کامپیوتري توسط برنامههاي متعدد که همگی براساس تئوري پوسته تهیه شده اند،
نشانه توجه به این موضوع است. طراحی نازلها و اتصالات درشرایط کاري مختلف و روش هاي ساخت و نگهداري آنها در آیین نامه هاي طراحی ققوو؛ع و مغ 0 آمده است اما با وجود اهمیت اتصالات در مخازن و پرداختن به این موضوع توسط محققان ، هنوز موضوعات مجهول و شرایط جدیدي پیش می آید که در منابع ذکر شده به آنها پرداخته نشده است. یکی از این موضوعات ، نصب نازل و اتصالات در نزدیکی یکدیگر است .
بر همین اساس و به دلیل اهمیت طراحی استاتیکی و دانستن شرایط تنش هاي الاستیک در ناحیه اتصال به عنوان یکی از نکات مورد توجه در طراحی ، در این پایان نامه با استفاده از روش اجزاء محدود و بکار گیري نرم افزار انسیسسعی شده است تا ضرایب تمرکز تنش در ناحیه اتصال دو نازل مجاور در مخزن استوانه اي در فواصل مختلف محیطی و محوري دو نازل و تأثیر فاصله نازل ها بر سیستم تنش ها و میزان تداخل آنها تعیین و بررسی گردید . نکته مورد توجه آنکه این تحلیل شامل پوسته هایی است که در حوزه اعتباري تئوري پوسته نازك قرار دارند - یعنی نسبت شعاع انحناء به ضخامت بیشتر از 10 باشد - درحالیکه نازلها تحت بارگذاري ممان خارجی هستند.
مبانی تحقیق
تمام مطالعات قبل مر بوط به تحلیل تنش و ضرایب تمرکز تنش اطراف یک نازل منفرد میباشند. نادران به بررسی تحلیل تنش و اثر تداخل تنش هاي دو نازل مجاور روي یک مخزن کروي تحت فشار داخلی پرداختند. [2] فهام و نادران به محاسبه شدت تنش در دو نازل مجاور و محاسبه فاصله بحرانی دو نازل استوانه اي در تقاطع با مخزن کروي تحت بارگزاري خارجی پرداختند و نتایج را بصورت نمودارهاي تغییرات ضرایب تمرکز تنش بر حسب فاصله دو نازل براي ابعاد مختلف هندسی نازل و مخرن ارائه کردند.[1]
با توجه به جستجو در منابع داخلی و خارجی و علی رغم سابقه طولانی تحلیل تنشهاي موضعی در مخازن ، محاسبه شدت تنش و فاصله بحرانی در اطراف دو یا چند نازل استوانهاي نزدیک بهم در تقاطع با مخزن استوانهاي تحت بارگذاري خارجی مورد مطالعه قرار نگرفته است . و تمام منابع و مراجع طراحی و آیین نامه هاي بین المللی طراحی مخازن در مورد این موضوع و تعیین فاصله مطمئن بین دو نازل دستورالعمل کاملی ندارند . لذا این پایان نامه به تحلیل تنش و محاسبه فاصله بحرانی دو نازل مجاور در مخزن استوانهاي وقتی به نازلها ممان خمشی وارد شود پرداخته است.
تحلیل تنش مخزن استوانه اي با یک انشعاب تحت ممان محیطی پوسته مخزن مطابق شکل2 با ابعاد هندسی R 1 m شعاع مقطع مخزن، h 10 m ارتفاع و T 0.001 m ضخامت مخزن در نظر می گیریم. محل نصب انشعاب در وسط آن است و تحلیل تنش براي شعاع هاي مختلف نازل و مخزن تحت نیروي کششی 100 نیوتن انجام می دهیم. به ترتیب شعاع هاي نازل را Rn 0/05, 0/1, 0/2 ,0/ 3, 0/ 5 m در نظر میگیریم - جدول. - 1 همانطور که پیش تر اشاره شد در آیین نامه طراحی مخازن BS5500 ، در بخش G.2.3.5.2 براي محاسبه شدت تنش اطراف نازل در مخازن نمودارهایی بر حسب پارامتر اندازه مخزن ارائه شده است. پارامتر اندازه مخزن از فرمول زیر بدست میآید: که در آن پارامتر اندازه مخزن، Rn و Tn شعاع و ضخامت نازل هستند. همانطور که ملاحظه میشود ابعاد هندسی نازل و مخزن بهگونه اي انتخاب شدهاند که در محدوده شرایط پوسته نازك قرار گیرند.
تحلیل تنش مخزن استوانه اي با دو نازل مجاور محیطی
براي مدلسازي دو نا زل شعاعی نصب شده روي پوسته مخزن در نرم افزار که به فاصله Lc از یکدیگر در جهت محیطی قرار دارند، نیاز است زاویه بین محورهاي آنها را داشته باشیم. شکل 1 نماي جانبی از مخزن را نشان میدهد که دو نازل با شعاع Rn در فاصله محیطی Lc نصب شدهاند. با توجه به شکل 1 با استفاده از روابط هندسی و مثلثاتی براحتی زاویه
