تحلیل رفتار مکانیکی خطوط لوله‌کامپوزیتی الیاف شیشه-اپوکسی مدفون در خاک و مقایسه با خطوط لوله فولادی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک ، دانشگاه رازی، کرمانشاه

2 دانشیار، مهندسی مکانیک ، دانشگاه رازی، کرمانشاه

10.22044/jsfm.2022.11059.3443

چکیده

جایگزینی لوله‌های فولادی با کامپوزیتی یکی از‌ راه‌های رویارویی با‌ پدیده خوردگی در خطوط لوله انتقال سیالات است. ‌کامپوزیت‌های پلیمری الیاف شیشه مقاوم در برابر خوردگی بوده و علاوه بر داشتن استحکام بالا یک گزینه ارزان‌تر نسبت به لوله‌های فولادی می باشند. در این مقاله، رفتار مکانیکی لوله‌کامپوزیتی و فلزی مورد استفاده در خطوط لوله انتقال نفت برای زوایای گسل در 45، 61، 75 درجه تحت گسلش‌معکوس با استفاده از نرم‌افزارآباکوس بررسی شده‌است. استحکام مکانیکی و اندازه بیشینه جابه‌جایی در لوله‌های‌کامپوزیتی مدفون تحت گسلش‌معکوس با لوله‌های فولادی مقایسه شده اند. معیار ون‌میسز برای بررسی تسلیم لوله فولادی و معیار شکست هاشین و مودهای چهارگانه آسیب برای بررسی خرابی در لوله‌کامپوزیتی الیاف شیشه- اپوکسی، استفاده ‌شده‌اند. روش حل به دلیل ماهیت گسل به‌صورت شبه‌استاتیکی انجام و معیار تسلیم خاک بر پایه تئوری کولمب موهر و با اجازه جدایش خاک از لوله در سطح مشترک لحاظ گردیده ‌است. مقایسه نتایج نشان داد به منظور بهره‌برداری ایمن از لوله مدفون و خنثی نمودن تنش فشاری که عامل اصلی تسلیم لوله‌های مدفون است، باید لوله‌های فولادی در زوایای بالای 61 درجه گسلش‌معکوس و لوله‌های کامپوزیتی تک جهته در زوایای کوچکتر از 61 درجه به‌کار گرفته شوند. همچنین اندازه بیشینه جابه‌جایی مجازگسل‌معکوس در زوایای گوناگون گسل، برای لوله‌کامپوزیتی حدود 70 درصد بیشتر از نمونه فولادی بوده است. نتایج حاصل در این پژوهش می‌تواند در مطالعات طراحی خطوط لوله مدفون کامپوزیتی در مناطق دارای خاک خورنده و محل عبور گسل‌های فعال مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


[1] Rafiee R (2013) Experimental and theoretical investigations on the failure of filament wound GRP pipes. Compos part B-eng 45.
[2] Mahdavi H, Sherbaf R (1394) Analysis of behavior of composite pipes under internal cyclic pressure and external pressure. In Persian. MSc Thesis. Tarbiat Modares University (TMU).
[3] Mokhtari M, Alavi Nia A )2015( The influence of using CFRP wraps on performance of buried steel pipelines under permanent ground deformations. Soil dyn earthq eng 73.
[4] Jalali H, Rofooei R (2016) Experimental and finite element study of the reverse faulting effects on buried continuous steel gas pipelines. Soil dyn earthq eng 86.
 [5] Tan K, M Kwong Ming (2015) Finite element modeling of buried glass-reinforced composite pipe. In 10th International Conference on key eng mater -ICCST/10.
[6] Giannaros E, Kotzakolios T (2015) Blast response of composite pipeline structure using finite element techniques. J compos mater 50(25).
[7] Nazira Z, Abdul Majid MS (2015) Performance Simulation of Glass Fibre/Epoxy Composite Pipes Under Multiaxial Stress Loading. Appl mech mater 695.
[8] Almahakeri M, Amir Fam, Ian D Moore (2013) Longitudinal Bending and Failure of GFRP Pipes Buried in Dense Sand under Relative Ground Movement. J compos constr 17(5).
[9] Monshizadeh A, Houseininia ES (2017) Three-Dimensional Finite Element Simulation of Buried Pipelines Subjected to Reverse Fault Motions. In Persian. Earthquake Science and Engineering 4(3): 49-66.
[10] Hajnorouzi MM, Tahghighi H (2017) Finite element analysis of buried pipelines crossing reverse fault. In Persian. Modares Civil Engineering Journal 17(2): 67-80.
[11] Soveiti S, Mosalmani R (2020) Mechanical behavior of buried composite pipelines subjected to strike-slip fault movement. Soil dyn earthq eng 135: 106195.
 [12] Ramberg W, Osgood W (1943) Description of stress-strain curves by three parameters. National Advisory Committee for Aeronautics.
[13] Davis H (1964) The testing and inspection of engineering materials. 3rd edn. Hill series in civil engineering Book McGraw Hill.
[14] Guarracino F, Walker A (2009) Effects of boundary conditions on testing of pipes and finite element modelling. Int J Pres Ves Pip 86(2):196-206.
[15] Perillo G, Vedivik, N Echtermeyer (2015) Numerical and experimental investigation of impact on filament wound glass reinforced epoxy pipe. J Compos Mater 49(6).
[16] Arjangpay A, Darvizeh A, Yarmohammad Tooski, Ansari R (2016) Modeling damage evolution of composite laminates under low velocity off-center impact. In Persian. J Sci Technol Compos 3(3): 243-252.
[17] Ju Ming, Xiaodong Xing, Liquan Wang, Feihong Yun, Xiangyu Wang, Hongqian Liao (2021) Numerical Simulations and Experimental Study on the Reeling Process of Submarine Pipeline by R-Lay Method. J Mar Sci Eng 9(6-579).
[18] Dadfar Behrang, El Naggar, Hesahm M, Nastev Miroslav (2015) Ovalization of steel energy pipelines buried in saturated sands during ground deformations. Comput Geotech 69: 10-1016.
[19] Vedernikov A, Safonov A, Tucci F, Carlone P,  Akhatov I (2020) Pultruded materials and structures: A review. J Compos Mater 54(26): 4081-4117.
[20] Gopanna A, Prasad Rajan k, Thomas S, Chavali M (2019) Materials for biomedical engineering: thermoset and thermoplastic polymers book.
[21] Shahrooz M, Saboktakin A (2020)  Progressive damage analysis of plain woven composites under tensile loading. in Persian. J Sci Technol Compos 6(4): 609-614.