بخشی از مقاله
چکیده
مخازن تحت فشار یکی از گسترده ترین سازه های بخش های مختلف صنعتی می باشند. همچنین بارویکرد قابل توجه به استفاده از مواد کامپوزیتی در ساخت وسایل مختلف به دلیل مقاومت بیشتری که همراه با وزن کمتر از خود نشان می دهند، هم اکنون تمایل برای ساخت مخازن تحت فشار کامپوزیتی افزایش یافته است. در این مقاله، آنالیز و طراحی یک مخزن تحت فشار تمام کامپوزیتی از جنس لایه های ایی- گلس/ اپوکسی 50 - - E-Glass/Epoxy - درصد - با استفاده از نرم افزار المان محدود انسیس - ANSYS - و بر اساس تئوری تنش ماکزیمم، مورد پژوهش قرارگرفته است .
فشار داخل مخزن 100 کیلوپاسکال و اختلاف درجه حرارت ساخت و بهره برداری 60 درجه سانتیگراد در نظرگرفته شده است . لایه ها با پارچه های 100 ، 200 و300 گرمی قابل ساخت است و از اینرو در ضخامت های 0/1 ، 0/2 و 0/3 میلی متر قابل دسترسی می باشند. جهات الیاف و تعداد لایه های مورد استفاده به نحوی انتخاب شده اند که علاوه بر مقاوم بودن مخزن، تا حد ممکن ضخامت و وزن آن کم شود .
مقدمه
خصوصیات مواد کامپوزیتی مانند مقاومت و استحکام بالا همراه با وزن کم و همچنین مقاومت در مقابل خوردگی سبب شده است که استفاده از این گونه مواد در صنایع مختلف و از جمله در ساخت مخازن تحت فشار که یکی از اساسی ترین سازه های صنایع مهمی همچون نفت، گاز و پتروشیمی می باشد، افزایش یابد. چگونگی طراحی هر سازه کامپوزیتی، تاثیر مستقیمی در افزایش مقاومت، کاهش وزن و در نتیجه افزایش راندمان آن دارد. به همین دلیل، جهت آنالیز و طراحی آن باید پس از تعریف هندسه سازه و اطلاعاتی همچون خصوصیات مواد و نوع بارگذاری ها، به تعیین نحوه لایه چینی، زوایای الیاف، تعداد لایه ها و ضخامت هرکدام بر اساس حاشیه اطمینان مناسب پرداخته شود
بنابراین در این مقاله تلاش شده است که در ابتدا، فاکتورها و شرایط مورد نیاز در طراحی یک مخزن تحت فشار کامپوزیتی، بیان شود و سپس بنابر اهمیت آنها جهت رسیدن به یک طرح بهینه، مورد توجه و استفاده قرار گیرند.
پیشینه پژوهشی
با توجه به کاربرد و حساسیت زیاد مخازن تحت فشار کامپوزیتی، تحقیقات و پژوهش های زیادی در مورد چگونگی طراحی و تولید آن ها جهت رسیدن به مقاومت بالاتر و وزن و و هزینه کمتر، صورت پذیرفته است. در همین راستا در داخل کشور میرزا بابایی و اسماعیلی - 1382و - 1383 به تحلیل تنش و بهینه سازی وزن مخازن کامپوزیتی با استفاده از حل الاستیسیته دقیق سه بعدی پرداخته اند. نازکی، قابضی و گلزار - 1389 - پس از محاسبه تنش ها و کرنش ها در مخازن کامپوزیتی بر اثر دما و فشار داخلی، تأثیر ضخامت جداره را بر ظرفیت تحمل فشار و دمای آن ، مورد بررسی قرارداده اند.
امیدی، نصیحت گذار و زینلی - 1392 - به بررسی و تحلیل مخزن کامپوزیتی از جنس کربن/اپوکسی - Carbon/Epoxy - تحت تاثیر فشار داخلی، درجه جرارت و ضربه با استفاده از نرم افزار انسیس پرداخته و تاثیر تعداد لایه و زوایای الیاف را در استحکام مخزن مورد بررسی قرار داده اند . در خارج از کشور نیز الخلیل، سودن، کیتچینگ و هینتون - 1996 - با انجام آزمایشات متعددی بر روی مخازن جداره نازک کامپوزیتی، تاثیر ترکیبات متفاوت از نیروی محوری و فشار داخلی را بر روی استحکام این مخازن در ضخامت، زاویه و جنس الیاف مشخص، مورد بررسی قرار داده اند.
کریکانو - 2000 - با انجام تحلیل و بررسی بر روی مخازن تحت فشار کامپوزیتی چند لایه، به بهینه سازی ضخامت و وزن این مخازن به وسیله تغییر در نحوه لایه چینی آنها پرداخته است. چنگ - 2000 - شکست در لایه اول مخازن کامپوزیتی چند لایه متقارن را همراه با مواد و تعداد لایه های متفاوت و تحت فشار داخلی یکسان، به صورت تئوریک و تجریی مورد بررسی قرار داده است.
مساژر، پیرز، گینست و چاوچوت - 2002 - به منظور بهینه سازی در طراحی مخازن کامپوزیتی جداره نازک تحت فشار خارجی و در زیر آب ، پژوهش هایی را انجام داده اند. اندر، سایمان، دگان و تراکژوگلو - 2009 - با استفاده از روش المان محدود و نرم افزار انسیس به بهینه سازی زاویه الیاف در مخازن کامپوزیتی در حالت متقارن و نا متقارن و تحت فشار و دماهای متفاوت، پرداخته اند و آزمایشات تجربی نیز در همین زمینه انجام داده اند.
