reza batalebluie
-
امروزه توجه بسیاری از محققین به استفاده از مواد کامپوزیتی در صنایع مختلف معطوف شده است که بخش عمده ی آن مربوط به کامپوزیت های ساندویچی می باشد. بیشترین کاربرد سازه های ساندویچی در مواردی است که وزن و حجم سازه بر استحکام آن ارجحیت داشته باشد. در صورت تقویت سازه های ساندویچی بدون افزایش وزن قابل ملاحظه در آنها، می توان از این ساختار به عنوان جایگزین سازه های فلزی وکامپوزیتی لایه ای استفاده کرد. یکی از مسایل در حوزه مخازن و بدنه های تحت فشار، محاسبه میزان استقامت آنها در مواجهه با فشار خارجی است. به علت ایجاد کمانش ناپایدار در مخازن تحت فشار خارجی، همواره پدیده کمانش به عنوان اصلی ترین مکانیزم شکست آنها مطرح است. پژوهش حاضر، به بررسی هسته ی سازه های ساندویچی کامپوزیتی با استفاده از روش المان-محدود در مخازن و بدنه های تحت فشار خارجی می پردازد. برای مدل سازی، هسته در حالت اول به صورت فومی توپر و در حالت دوم به صورت لانه زنبوری در نظر گرفته شد. هر کدام از این حالت ها در دو جنس و سه ساختار متفاوت مدل شد. با استفاده از تحلیل کمانش خطی، مد اول کمانش برای همه ی حالت ها بدست آمد. سپس فرآیند شبیه سازی برای بحرانی ترین حالت بصورت غیرخطی با اعمال ضریب اغتشاشات هندسی اولیه انجام گرفت. روش مدلسازی با بررسی نتایج پژوهش های پیشین در این حوزه صحه گذاری شد. با توجه به نتایج بدست آمده، ساختار کامپوزیتی ساندویچی می تواند در مواجهه با فشار خارجی عملکرد مطلوبی نشان دهد.کلید واژگان: فشار کمانش، پانل ساندویچی، شبیه سازی المان محدود، فشار هیدرواستاتیکی خارجی، کامپوزیتToday, many researchers have focused to use of composite materials in various industries. Most of the composites used in industry are structurally sandwich composites. Sandwich composites consist of three parts: shells, core and adhesive materials. Sandwich structures are mostly used where the weight and volume of the structure is superior to its strength. Therefore, if sandwich structures can be strengthened in some way without huge increase of weight, they will be a very good alternative for all types of metal and composite structures. One of the issues in the field of pressure vessels and composite bodies is the study of their endurance in the face of external pressure. Due to the creation of unstable buckling in tanks under external pressure, the buckling is always considered as the main mechanism of their failure.The current study aims to investigate the core of sandwich structures by modeling the tanks and bodies under external pressure of these structures using the finite element method. Two modes were examined for modeling: one with a solid foam core and the other with a honeycomb-shaped core (trapezoidal). Each of these modes was modeled in two distinct materials, as well as three various dimensions and sizes, which were first derived linearly by the first buckling mode for each of the modes; The problem was then nonlinearly analyzed for the most crucial situation with coefficient of initial geometric disturbances . By analyzing prior research in this subject, the results of finite element analysis were confirmed. The usage of sandwich composite constructions in the face of external pressure conditions, according to the findings, can be highly useful.
-
بکارگیری کامپوزیت ها در ساخت مخازن تحت فشار از زمینه های مهم کاربردی این مواد است. بررسی این موارد کاربردی، در حالت پیچیده تر اعمال فشار خارجی بسیار مورد توجه می باشد. یکی از معضلات اصلی در طراحی و ساخت مخازن تحت فشار خارجی کامپوزیتی، طراحی مناسب دریچه های ضروری مختلف بر روی آن و ملاحظات مربوطه است. از آن-جا، بررسی استحکام و مقاومت سازه ای مخزن در موقعیت منافذ و دریچه ها، اجتناب ناپذیر می باشد. در این مقاله، ضمن ارایه ی یک فرایند طراحی جهت ایجاد دریچه بر روی مخازن کامپوزیتی، شدت تاثیر حضور دریچه تحقیق گردید. نظر به اهمیت مواد و سازه کامپوزیتی در استقامت بدنه، سازه مخزن کامپوزیتی در نرم افزار قدرتمند اجزاء محدود آباکوس شبیه سازی گردید. در همین راستا، رفتار مکانیکی سازه بر اساس پارامترهای تاثیرگذار در تعریف طرح های مختلف دریچه، مورد ارزیابی قرار گرفت. در نتایج حاصل، تاثیر حضور دریچه در نسبت ابعادی بزرگ بر رفتار مخزن نشان داده شده است. در انتها، نتایج محاسبات اجزا محدود، اهمیت ملاحظات بکارگیری و طراحی صحیح حلقه تقویت-کننده (قطعه ی واسط) در دریچه ها را به عنوان یکی از تمهیدات جبران کننده عوارض کاهشی بار کمانشی ناشی از وجود دریچه در مخزن نمایش داده است.
کلید واژگان: مخازن کامپوزیتی، دریچه دسترسی، تحلیل اجزای محدود، کمانش، فشار هیدرواستاتیک خارجیComposites are commonly used in pressure vessels. One of the critical problems in manufacturing composite vessel under the external pressure is sealed opening design and its considerations. It's required to review the body resistance in opening locations. In this paper, a special design process for opening closure presented and the influence of such cutouts on vessel body studied. Because of the importance of body resistance, the vessel material and structure mechanical performance were analytically evaluated. Then, Mechanical behavior of the vessel structure was investigated based on the parameters affecting the definition of different opening designs through finite element simulation and analysis in ABAQUS commercial code/software. Hence, the effect of the presence of openings, including the consequences of creating asymmetry in the structure, has been determined in a large aspect ratio. Finally, the results represents, the importance of complying practical requirements and implementation of reinforcement rings in the opening locations to get the suitable design as one of the most effective solutions to compensate the opening reduction consequences i.e.; buckling strength reduction and highly increasing asymmetry.
Keywords: Composite Vessels, Opening closure, FE Analysis, Buckling, External Hydrostatic Pressure -
مخازن کامپوزیتی بدلیل نسبت بالای استحکام به وزن ، بطور گسترده ای در حوزه ی صنایع دریایی و هوایی بکار می روند. نحوه ی شکست مخازن کامپوزیتی تحت بارگذاری فشاری هیدرواستاتیک با توجه به هندسه و خواص مواد قابل تعیین می باشد. استفاده از تقویت کننده های کامپوزیتی در مخازن کامپوزیتی در عمل متحمل دشواری های بسیاری در فرآیند ساخت می باشد. از طرفی بدلیل پایین بودن مدول یانگ در کامپوزیت ها، نمی توان انتظار تاثیر چشمگیری از بکارگیری آنها بعنوان تقویت کننده داشت. در پژوهش حاضر، با توجه به اهمیت تقویت کننده های فلزی، رفتار مخازن کامپوزیتی دارای تقویت کننده فلزی در لحظه ی شکست مطالعه شد. در همین راستا رفتار یک بدنه ی کامپوزیتی در حالت استفاده از تقویت کننده ی فلزی و حالت بدون تقویت کننده به روش اجزای محدود مورد مطالعه قرار گرفت. مطابق نتایج استفاده از یک تقویت کننده محیطی فلزی که وزن آن معادل 6/3 % از وزن بدنه ی کامپوزیتی است، فشار شکست کمانش را به میزان 25 % افزایش داد. همچنین بر اساس نتایج، افزایش فشار کمانش در بدنه های کامپوزیتی از طریق بکارگیری تقویت کننده محیطی فولادی نسبت به افزایش این پارامتر از طریق افزایش ضخامت بدنه ی کامپوزیتی، افزایش وزنی کمتری را ایجاد می نماید. جهت صحه گذاری بر نتایج عددی به دست آمده یک بدنه ی کامپوزیتی از جنس شیشه- اپوکسی که جداره ی درونی آن با استفاده از یک تقویت کننده محیطی فلزی تقویت شده بود تا رسیدن به مرحله ی شکست تحت فشار هیدرواستاتیک خارجی قرار گرفت که نهایتا در فشار 16 بار شکسته شد. فشار تخمین زده شده توسط نرم افزار آباکوس با مقدار تجربی اختلاف بسیار کمی داشت که بیانگر دقت بالای مدلسازی عددی پژوهش حاضر می باشد.
کلید واژگان: مخازن کامپوزیتی، تقویت کننده، روش اجزای محدود، فشار هیدرواستاتیک خارجی، شکست کمانشBecause of the high ratio of strength to weight, composite vessels are widely used in maritime and aerospace industries. The way of composite vessels breaking under hydrostatic pressure is assignable by paying attention to the geometry and material's properties. In composite vessels, using of composite stiffeners has high complexity in manufacturing process. On the other hand, due to the low young's modulus of composite materials, usually cannot use of the materials as a stiffener. In this research, effects of using hoop stiffeners on buckling pressure of composite bodies have been studied. In this paper, mechanical manner of a composite body is studied by Finite Element Method (FEM) in two statuses (with metal stiffener and without metal stiffener). According to results, using of a metal hoop stiffener that has 3.6 percents of the composite body weight increases buckling pressure up to 25 percents. Based on results increasing the buckling pressure of composite bodies by mounting steel hoop stiffeners added lower weight to the suite from increasing of thickness of bodies. For verification of numerical results, a composite vessel of GRP (Glass Reinforced Polymer), reinforced by a hoop stiffener mounted on inner surface has been experimentally under hydrostatic pressure to the breaking step. Finally, it was broken by 16 bar pressure. The results showed that the estimated pressure of software has a little difference with the experimental estimation that represents high accuracy of modeling process in the research.
Keywords: Composite Vessels, Stiffener, FEM Analysis, Hydrostatic External Pressure, Buckling Failure -
امروزه پوسته های کامپوزیتی بطور گسترده ای در صنایع مختلف، جهت افزایش میزان کارایی سازه ها، مورد استفاده قرار می گیرند. تجربه نشان داده است، زمانیکه پوسته ها تحت بارگذاری فشاری باشند، پدیده کمانش مهمترین عامل وقوع شکست در سازه خواهد بود. بنابراین هدف اصلی این پژوهش، مطالعه بر-روی رفتارکمانشی پوسته های کامپوزیتی و عوامل تاثیرگذار در وقوع کمانش می باشد. به این منظور، از فر]یند شبیه سازی المان محدود توسط نرم افزار آباکوس استفاده شده است. در ابتدا، تخمین نیروی کمانش برای یک نمونه آزمایشگاهی با استفاده از سه تحلیل کمانش خطی، استاتیک غیرخطی و دینامیکی صورت گرفته و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که تحلیل های دینامیکی و استاتیک غیرخطی، با دقت نسبتا خوبی، حدود 3 تا 7%، قادر به تخمین نیروی کمانش واقعی بوده اند. پس از صحت سنجی، نمونه هایی با اغتشاشات هندسی و ضخامت های مختلف مورد بررسی قرار گرفته و نیروی کمانش با استفاده از تحلیل های کمانش خطی و استاتیک غیرخطی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که وجود اغتشاشات هندسی هر چند ناچیز، خصوصا برای پوسته های با ضخامت کم، می تواند بشدت مقدار نیروی کمانش واقعی در پوسته را کاهش دهد. در نتیجه حساسیت بسیار بالای پوسته کامپوزیتی به اغتشاشات هندسی، سبب خواهد شد تا در صورت عدم شناخت کافی از میزان اغتشاشات هندسی، فرایند تخمین نیروی کمانش غیرقابل اعتماد باشد.کلید واژگان: پوسته جدار نازک، کامپوزیت، تحلیل اجزای محدود، اغتشاشات هندسی، فشار محوریToday, composite cylindrical shells extensively, have been used in aerospace to increase the performance of the structures. Experience has shown that, when the shells are under compressive loading, Buckling phenomenon will be the most important factor in structural failure. Therefore, the main objective of this research was to study the buckling behavior of composite shells and effective parameters in occurrence of buckling. For this purpose, the finite element simulation by ABAQUS software has been used. First, the estimation of the buckling force for an experimental specimen occurred by using three analyses, including: linear buckle, nonlinear static and dynamic, to compare with experimental findings. Results indicated that the nonlinear static and dynamic analysis, were able to estimate the actual buckling force. The estimation accuracy with respect to the experiment results is about 3~7 percent. After validation process, specimens with different thickness and initial geometric imperfections have been studied and buckling force was measured by using linear buckling and nonlinear static analysis. Finding showed that even slight geometric imperfections, especially for low thickness of shell, could extremely reduced the real buckling force. As a result, high sensitivity of composite shells to initial geometric imperfections, will lead to an unreliable estimation of the buckling force, if there is not enough knowledge of these geometrical imperfections.Keywords: thin-walled shell, Composite, Finite element analysis, Geometric imperfection, Axial Pressure
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.