بخشی از مقاله
چکیده
مخازن تحت فشار مولفه بنیادین صنایع مهمی مانند صنایع نفتی، هسته ای، پتروشیمی و شیمیایی هستند. با توجه به کاربرد روز افزون کامپوزیت در ساخت مخازن و همین طور با افزایش کاربرد مخازن تحت فشار به عناوین مختلف از جمله مخازن سی ان جی برای خودروها در کشور، توجه خاص به این مخازن بسیار ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق سعی شده است که با مدلسازی یک مخزن کامپوزیتی و بررسی نیروهای وارد شده بر جداره مخزن و محاسبات فشارهای وارده بر بدنه، بتوان مقدار کمانش ایجاد شده در آن را محاسبه کرد و با بهینه سازی کردن آن گام بلندی در حل مشکلات پیش رو برداشت.
در این تحقیق همچنین زاویه قرارگیری الیاف در ساخت مخازن تحت فشار کامپوزیتی با لایه های مختلف مورد بررسی قرار گرفته، و سپس با بهینه کردن مخزن مورد نظرتلاش شده است که بهترین زاویه ممکن بدست آید. به این منظور مخزن مورد نظر مدل شد و توسط نرم افزار آباکوس به روش المان محدود بارگذاری گردید. سپس به کمک بخش مربوط به بهینه سازی آن، با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک و الگوریتم رقابت استعماری زوایای بهینه در کل مخزن بدست آمد و با یکدیگر مقایسه گردیدند
.1 مقدمه
مخازن تحت فشار از جمله تجهیزاتی هستند که در شاخه نفت، گاز و پتروشیمی و در اغلب صنایع اصلی نظیر نیروگاه و حمل و نقل از کاربرد ویژه و قابل توجهی برخوردار بوده و این مخازن در صنعت به عنوان نگه دارنده هوای فشرده، منبع ذخیره آب، بویلرها، ذخیره انواع گاز ها، اتاقک تحت فشار ، مخازن راکتور هسته ای و ... مورد استفاده قرار می گیرند.
بعضی از مخازن تحت فشار از مواد کامپوزیتی ساخته شده اند، که این رشته های ضخیم کامپوزیتی به وسیله فیبر کربن و یک نوع پلیمر مهار شده اند. به دلیل مقاومت کششی بسیار بالای فیبر کربن، این مخازن می توانند بسیار سبک باشند، اما در نهایت ساخت این مخازن کمی مشکل است. مواد کامپوزیتی می توانند در اطراف یک بوش فلزی پیچانده شوند و یک مخزن تحت فشار کامپوزیتی را شکل دهند.[1]
در این تحقیق سعی شده است که با مدلسازی یک مخزن کامپوزیتی و بررسی نیروهای وارد شده بر جداره مخزن و محاسبات فشارهای وارده بر بدنه، بتوان مقدار کمانش ایجاد شده در آن را محاسبه کرد و با بهینه سازی کردن آن گام بلندی در حل مشکلات پیش رو برداشت. برای بهبود و بهینه سازی مخازن جدار نازک کامپوزیتی چه ازلحاظ وزن، استحکام و هزینه تمامشده آن از روش های الگوریتم های فرا ابتکاری استفادهشده است و لایه ها کامپوزیتی بهدستآمده از روش الگوریتم ژنتیک و الگوریتم رقابت استعماری را به صورت جداگانه در نرمافزار آباکوس مورد تحلیل قرار داده و نتایج کمانش های ایجاد شده در مخازن بهدستآمده را با سایر لایه های کامپوزیتی مورد مقایسه قرارگرفته است.
در ساخت مخازن کامپوزیتی تحت فشار فاکتورهای وزن، هزینه ساخت و استحکام کششی مورد نظر می باشد که با روش های بهینه سازی الگوریتم ژنتیک و الگوریتم رقابت استعماری جهت کمینه کردن وزن و هزینه ساخت و بیشینه کردن استحکام کششی مخزن نتایج جدید و متفاوتی بدست می آید و مقایسه می گردد. مسعود طهانی و طاها طالبیان در زمینه مخازن استوانه ای ساخته شده تحت بارهای مکانیکی و حرارتی انجام داده و با توجه به مطالب ارائه شده ملاحظه می گردد که توزیع تنش در مخزن استوانه ای ساخته شده از فلز یا سرامیک خالص فقط تابع بار و هندسه ی مخزن می باشد.[6]
سیاوش صرافان و همکاران ، پژوهشی تحت عنوان »بهینه سازی مخازن جدار ضخیم کامپوزیتی با فشار بالا« انجام دادند که در آن پیرامون زاویه قرارگیری الیاف در ساخت مخازن تحت فشار سی ان جی مورد بررسی بحث گردیده و با دو روش بهینه سازی و به توسط نرم افزار المان محدود برای تعداد لایه های متفاوت حل شد.[7]
.2 روش آنالیز مسئله
1-2 مدل سازی:
برای طراحی مخزن ابعاد طراحی آن را که عبارتند از قطر مخزن mm670 و طول مخزن mm1030 را در نرم افزار المان محدود، آباکوس را وارد کرده و مخزن را از نظر هندسی مدلسازی می کنیم. مخازن کامپوزیتی را به صورت 14 لایه که ضخامت هر لایه mm 0.7که کلاً ضخامت لایه کامپوزیتی mm 10 می شود، در نظر می گیریم. مخزن کامپوزیتی را به سه نوع ماده کامپوزیتی به نام آرامید – اپوکسی، کربن- اپوکسی و شیشه- اپوکسی به طور جداگانه و با زوایای 45، 55، 65، 75 و 85 مدل سازی خواهد شد.
در نرم افزار آباکوس قابلیت مدل سازی مواد مرکب با لایه چینی متفاوت، ضخامت های مختلف و زوایای گوناگون و انتخاب نوع جنس برای هر لایه، تعیین شده است. مدل سازی به طور غیر هندسی مورد تحلیل قرار گرفته است. از آنجا که پارامترهای مرتبط با نقاط اتصالات مخزن دارای اهمیت بالاتری هستند. لذا نیاز به مش بندی ریزتری اطراف اتصالات می باشد.
