بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش کمانش لوله های جدار نازک کامپوزیتی توسط روش های تئوری و عملی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور دستیابی به روابط تحلیلی فشار کمانش در لوله های جدار نازک از تئوری پایداری الاستیک استفاده شده است. روابط تئوری کمانش لوله ها مقادیر متفاوتی را برای لوله های بلندتر از طول بحرانی ارائه می دهند. فشار کمانش چند نمونه لوله کامپوزیتی طراحی شده با استفاده از روابط تحلیلی محاسبه و توسط روش المان محدود مدلسازی و تحلیل شده است.
برای مدلسازی المان محدود این مسئله از نرم افزار المان محدود ABAQUS استفاده شده است. فشار کمانش بدست آمده توسط روش عددی همخوانی بسیار خوبی با روش تحلیلی دارد و علاوه بر این مدهای بالاتر کمانش لوله نیز توسط این روش براحتی قابل استخراج است. اعتبارسنجی مقادیر بدست آمده توسط روش های تحلیلی و عددی با استفاده از سه تست تجربی روی لوله هایی با قطرهای مختلف که توسط روش رشته پیچی تولید شده اند انجام شده است. با توجه به تاثیر مستقیم مدول الاستیسیته لوله در جهت محیطی روی فشار بحرانی کمانش، تاثیر مدول الاستیسیته توسط تغییر زاویه رشته پیچی مورد مطالعه قرار گرفته است.
مقدمه
بررسی کمانش لوله ها و تیوپ ها تحت فشار خارجی کاربرد وسیعی در صنایع مختلف از جمله لوله های نفت و گاز کف دریا، صنایع نظامی و صنایع هوافضا دارد. تیوپ های تحت فشار به سه دسته تقسیم می شوند:
تیوپ های با طول نا محدود، تیوپ های با طول محدود و تحت فشار شعاعی یکنواخت و تیوپ های با طول محدود و تحت فشار یکنواخت شعاعی و محوری. خرابی تیوپ های تحت فشار معمولا به دو روش اتفاق می افتد: تیوپ های کوتاه با ضخامت نسبتا زیاد در اثر رسیدن مقدار تنش به حد تسلیم و تیوپ های بلند با ضخامت نسبتا کم در اثر ناپایداری یا کمانش جداره قبل از رسیدن تنش به حد تسلیم. در صورتیکه طول تیوپ بسیار بلند باشد در پوش های دو انتهای آن اثری روی ناحیه مرکزی نخواهند گذاشت.
هر تیوپ با طول بیشتر از طول بحرانی را می توان تیوپ با طول بینهایت فرض نمود. رابطه ای که توسط - Bryan,1888 and Bresse, 1859 - ارائه شده برای این نوع تیوپ ها صادق است در حالیکه رابطه لوی - Levy, 1884 - برای یک رینگ با سطح مقطع مستطیلی برقرار است. روابط زیادی برای لوله ها یا تیوپ های کوتاهتر از طول بحرانی بکار برده می شود . - Windenburg, 1954 - انتهای این تیوپ ها به صورت تکیه گاه ساده - simply support - فرض می شود که می توانند به یکدیگر نزدیک شوند و نیز حول نقطه تکیه گاه چرخش نمایند.
رابطه ارائه شده توسط ون میزز - Von Misses, 1914 - احتمالا بهترین رابطه برای تحلیل کمانش تیوپ های بارگذاری شده در دو جهت شعاعی و محوری است. در این پژوهش کمانش سیلندرهای جدار نازک توسط دو روش تحلیلی و المان محدود بررسی شده و نتایج حاصل از دو روش با استفاده از آزمایش های عملی مورد تایید قرار گرفته است.
کمانش لوله ها تحت فشار خارجی
کمانش در رینگ های دایروی
شکل 1 نیمی از یک رینگ را نشان می دهد که تحت اثر فشار خارجی تغییر شکل داده است. در این شکل نیروی S از رابطه 1 بدست می آید
شکل -1 رینگ دایره ای تحت فشار خارجی
