تحلیل مخازن جدار ضخیم کامپوزیتی تحت اثر فشار و دمای سیکلی داخلی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 شرکت بهره برداری نفت و گاز گچساران

2 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان

چکیده

یک مسئله مهم برای طراحان مخازن تحت فشار، محاسبه تنشها وکرنشها با توجه به تأثیرات هر دو عامل فشار و دمای سیکلی می باشد. در تحقیق حاضر تحلیل مخازن تحت فشار کامپوزیتی جدار ضخیم چند لایه هیبریدی، که تحت اثر فشار سیکلی و دمای سیکلی داخلی قرار گرفته اند، مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا معادلات تنشها و کرنشهای نوسانی با استفاده از روشهای تئوری و سپس تغییرات دما در جدار مخزن ناشی از اعمال دمای سیکلی داخلی،با استفاده از روشهای تفاضل محدود محاسبه گردیده است. در ادامه تغییرات تنش و کرنش در جدار مخزن بر حسب زمان و تأثیر زاویه الیاف بر این تنش و کرنشها، تأثیر ضخامت مخزن و تعداد لایه ها و زاویه الیاف بر ظرفیت تحمل فشار و دما در حالت فشار استاتیکی و دمای حالت پایدار، مورد بررسی قرار گرفته و منحنیهای فشار-دما با استفاده از تئوری "هافمن" ، برای مخازن با لایه گذاریهای مختلف از جنسهای برن-اپوکسی و گرافیت-اپوکسی ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kim YS, Kim LH, Park JS (2011) The effect of composite damage on fatigue life of the high pressure vessel for natural gas vehicles. Comp Struc 93(11): 2963–2968.

[2] Chou H, Bunsell AR, Mair G, Thionnet A (2013) Effect of the loading rate on ultimate strength of composites. Application: pressure vessel slow burst test. Comp Struc, In Press, Accepted Manuscript.

[3] Chen D, Susan CM, Liyang Z (2001) The effect of fiber volume on filament wound composite pressure vessel strength. Eng Comp Part B 32: 413–429.

[4] Perry N, Wahl JC, Bois C, Pilato A, Bernard A (2013) Thick composite design for hydrogen vessels: A contribution to composite design method, CIRP Annals, Man Tech, In Press, Corrected Proof.

[5] Kam TY, Liu YW, Lee FT (1997) First ply failure strength of laminated composite pressure vessels, J Comp Struc 38(1-4): 65–70.

[6] Cai B, Liu Y, Liu Z, Tian X, Ji R, Li H (2011) Reliability-based load and resistance factor design of composite pressure vessel under external hydrostatic pressure, Comp Struc 93(11): 2844–2852.

[7] Carbonari RC, Muñoz-Rojas PA, Andrade EQ, Paulino GH, Nishimoto K, Silva ECN (2011) Design of pressure vessels using shape optimization: An integrated approach, Int Jour Press Vess Pip 88(5–7): 198–212.

[8] Byon O LL, Vinson JR, Sato S (1996) Analysis of various thick-walled cross-ply composite cylindrical shells subjected to lateral pressures. J Comp Struc 27: 651–655.

[9] Yifeng Z, Lei C, Yu W (2012) Variational asymptotic modeling of the thermomechanical behavior of composite cylindrical shells. Comp Struc 94(3): 1023–1031.

[10] Wang HM, Liu CB (2013) Analytical solution of two-dimensional transient heat conduction in fiber-reinforced cylindrical composites. Int J Ther Sci 69: 43–52.

[11] Chen J, Pan H (2013) Stress intensity factor of semi-elliptical surface crack in a cylinder with hoop wrapped composite layer. Int J Pres Vess Pip, In Press, Corrected Proof.

[12] Hocine A, Chapelle D, Boubakar ML, Benamar A, Bezazi A ( 2009) Experimental and analytical investigation of the cylindrical part of a metallic vessel reinforced by filament winding while submitted to internal pressure. Int J Pres Vess Pip, 86(10): 649–655.

[13] Cai B, Yonghong L, Zengkai L, Xiaojie T, Renjie J, Hang L (2011) Reliability-based load and resistance factor design of composite pressure vessel under external hydrostatic pressure. Comp Struc 93(11): 2844–2852.

[14] Ondur A, Onur S, Tolga D, Necmettin T (2009) Burst failure load of composite pressure vessels Comp Struc 89(1): 159–166.

[15] Ansari R, Alisafaei F, Ghaedi P (2010) Dynamic analysis of multi-layered filament-wound composite pipes subjected to cyclic internal pressure and cyclic temperature. Comp Struc 92(5): 1100–1109.

[16] Han JY, Jung HY, Cho JR, Choi JH, Bae WB, (2008) Buckling analysis and test of composite shells under hydrostatic pressure. J Mat Proc Tech 201(1–3): 742–745.

[17] Zhang Q, Wang ZW, Tang CY, Hu DP, Liu PQ, Xia LZ (2012) Analytical solution of the thermo-mechanical stresses in a multilayered composite pressure vessel considering the influence of the closed ends. Int J Pres Vess Pip 98: 102–110.

[18] Ozisik MN (1985) Heat Transfer: a Basic Approach. McGraw-Hill Book Company, Inc., New York.

]19[ درویزه الف (1372) مقاومت مصالح: تحلیل تنش درمخازن جداره ضخیم واجزاء دوار، انتشارات دانشگاه گیلان.

[20] Ones RM (1975) Mechanic of Composite Materials, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York.

[21] Carl TH (1998) Mechanics of Fibrous Composites, John Wily and Sons.

[22] نارکی الف (1381) پایان نامه کارشناسی ارشد، تحلیل مخازن تحت فشار جدار ضخیم کامپوزیتی تحت اثر فشار سیکلی و دمای سیکلی داخلی، دانشگاه گیلان.

[23] Kandil A (1996) Analysis of thick-walled cylindrical pressure vessels under the effect of cyclic internal pressure and cyclic temperature. Int J Mech Sci 38(12): 1319–1332.