finite element method
در نشریات گروه مهندسی شیمی، نفت و پلیمر-
فرضیه
رفتار ابرکشسان آمیزه های لاستیکی پرشده با پرکننده های تقویتی (دوده) به مقدار پرکننده وابسته است. نظریه های پیشین، مبتنی بر ارائه روابط پدیده شناسی برای پیش بینی این رفتار هستند. در این پژوهش با رویکردی نو بر پایه نظریه تشدید کرنش، معادله های پیشین بسط و توسعه داده شده و عملکرد آن ها برای پیش بینی رفتار آمیزه لاستیکی موردسنجش قرار گرفت.
روش هاشش آمیزه لاستیکی بر پایه کائوچوی SBR تقویت شده با مقادیر مختلف دوده (20، 30، 40، 50 و60 پارت دوده) به همراه آمیزه خالص (فاقد) پرکننده تهیه شدند. رفتار مکانیکی این نمونه ها در حالت های کشش تک محوری، فشاری، برشی ساده همراه با تغییرات حجمی با آزمون های تجربی تعیین شد. از مدل مکانیکی Yeoh برای بیان رفتار ابرکشسان آمیزه خالص استفاده شد که پارامترهای آن به کمک برازش داده های آزمون کشش تک محوری و تغییرات حجمی به دست آمدند. دو مدل تشدید کرنش ارائه شده توسط Bergstrom و Boyce و مدل پیشنهادی در این پژوهش درنظر گرفته شدند. پارامترهای مدل پیشنهادی به کمک یک الگوریتم کمینه سازی به همراه زیر برنامه اختصاصی به دست آمدند که برای اولین بار در این پژوهش تهیه شده بود. برای سنجش عملکرد مدل پیشنهادی و مقایسه آن با مدل Bergstrom و Boyce از این مدل ها برای شبیه سازی سه آزمون کششی، فشاری و برشی ساده استفاده و نتایج با داده های تجربی متناظر مقایسه و تحلیل شد.
یافته هانتایج نشان داد، بسط و توسعه مدل Bergstrom و Boyce به مدل پیشنهادی در این پژوهش می تواند موجب پیش بینی دقیق تر رفتار مکانیکی ابرکشسان آمیزه ها شود. ضمن آنکه برای هر آمیزه لاستیکی باید پارامترهای مدل تشدید کرنش خاص هر آمیزه به طور جداگانه تعیین شود. همچنین نشان داده شد، تلفیق مدل ابرکشسان Yeoh (که بر پایه رابطه به چگالی انرژی کرنشی با ناوردای اول تانسور تغییر شکل است) با رابطه پیشنهادی جدید برای تشدید کرنش قابلیت بسیار خوبی در پیش بینی رفتار را درشیوه های مختلف بارگذاری دارد.
کلید واژگان: لاستیک، رفتار مکانیکی، پرکننده، تشدید کرنش، روش المان محدودHypothesisThe hyperelastic behavior of the rubber compounds filled with reinforcing fillers (carbon black) is dependent on the filler content. The previous theories for the prediction of the mechanical behavior of these materials arebased on phenomenological relationships. In this research, a new approach based on the amplified strain theory is presented and its reliability and applicability are examined for a rubber compound reinforced with different carbon black contents
MethodsSix rubber compounds based on SBR reinforced with different carbon black contents (20, 30, 40, 50, and 60 phr) as well as the neat compound were prepared. The mechanical behavior of these compounds under uniaxial tension mode, volumetric changes, compression, and simple shear modes were experimentally determined. TheYeoh material model was selected for the neat compound and material constants were calibrated using the uniaxial and volumetric changes data. Two strain amplification relationships were selected including the Bergstrom-Boyce and our newly proposed models. The parameters of the latter model were determined using an optimization algorithm in which a new UHYPER subroutine was developed and linked to Abaqus main code. To assess the proposed model and comparing it with the Bergstrom Boyce model the simulation results obtained from the finite element model of the uniaxial, compression, and simple shear tests were compared with their corresponding experimental data.
FindingsThe results showed that hyperelastic behaviors of the filled rubber compounds, predicted by our developed strain amplified model, are more accurate than those obtained by the Bergstrom-Boyce equation. It is also found that the combination of the Yeoh hyperelastic model with our proposed relationship can precisely predict the mechanical behavior under different modes of loadings..
Keywords: Rubber, Mechanical Behavior, Filler, Strain Amplification, Finite Element Method -
تولید ماسه از طریق فرسایش تجهیزات ته چاهی و سطحی، افت تولید، و برخی اثرات دیگر می تواند هزینه های استحصال و بهره برداری از چاه های نفت را تا حد زیادی افزایش دهد. پیش بینی تولید ماسه در چاه های نفت معمولا با استفاده از قانون خطی دارسی به عنوان معادله بنیادی جریان سیال انجام می شود. این قانون سهم اینرسی سیال در افت فشار را در بر نمی گیرد و بنابراین زمانی معتبر است که سرعت جریان کم باشد. در صنعت نفت، انحراف از قانون دارسی معمولا برای چاه های گاز مهم تلقی می شود، ولی در یک تکمیل مشبک کاری شده، همگرایی قابل توجهی برای جریان در نزدیکی تونل های مشبک رخ می دهد که آن را مستعد اثرات اینرسی می نماید. در این مقاله، اثرات اینرسی جریان بر تولید ماسه از چاه های نفتی قایم غلاف دار مشبک کاری شده به روش عددی بررسی شده است. به این منظور روش اجزای محدود الاستوپلاستیک توام سه بعدی با رویکرد مش تطبیقی لاگرانژی-اویلری مورد استفاده قرار گرفته است. در تحلیل ها از قانون فورشهایمر برای لحاظ کردن اثرات جریان سرعت بالا استفاده شده است. یک قانون فرسایش مبتنی بر گرادیان فشار برای استفاده به عنوان معیار ماسه دهی به کار رفته است. از تقارن مارپیچی مشبک ها که معمولا در عمل وجود دارد، برای دستیابی به یک شبیه سازی واقع گرایانه تر و کارآمدتر استفاده شده است. تغییرات پاسخ ماسه دهی ناشی از اثرات اینرسی برای محدوده در نظر گرفته شده از پارامترها ارایه شده است. نتایج نشان می دهند که جریان با سرعت بالا باعث ایجاد نیروهای هیدرودینامیک اضافی در اطراف تونل های مشبک می شود که به نوبه خود می تواند منجر به تولید ماسه بیشتر شود. نشان داده شده است که نادیده گرفتن اثرات اینرسی در چاه های نفت مشبک کاری شده می تواند منجر به پیش بینی دست پایینی از میزان و نرخ تولید ماسه شود.
کلید واژگان: تولید ماسه، اثرات اینرسی سیال، معادله فورشهایمر، تکمیل مشبک کاری شده، روش اجزای محدود، تقارن مارپیچSand production by eroding downhole and surface equipment, production loss, and some other impacts can greatly increase hydrocarbon recovery and operational costs. Prediction of sand production in oil wells is generally conducted by using linear Darcy’s law as the constitutive equation for oil flow. This simple law does not include the contribution of fluid inertial in pressure drop and therefore is valid when the flow velocity is low. In petroleum engineering, deviation from Darcian trend is ordinarily considered important for gas wells, however in a perforated oil well considerable flow convergence occurs near the perforation tunnels, which makes it susceptible to inertia effects. In this paper, impacts of flow inertia on sand production from vertical cased-and-perforated oil wells are numerically analyzed. In this regard, 3D coupled, poro-elastoplastic finite element methods with arbitrary Lagrangian-Eulerian adaptive mesh approach are employed. Forchheimer’s law is utilized to account for high velocity flow effects in the analysis. A pressure gradient-based erosion law is adapted for use as the sanding criterion. The helical symmetry of the perforations, generally the case in practice, is utilized to achieve a more realistic but efficient simulation. Sanding response modifications due to inertia effects are presented for the considered range of parameters. The results indicate that high velocity flow leads to an increase in hydrodynamic forces around the perforation tunnels, which in turn can lead to more sand production. It is shown that ignoring the effects of inertia in perforated oil wells can lead to significantly lower predictions of both amount and rate of sand production.
Keywords: Sand production, Fluid inertia effects, Forchheimer’s law, Perforated completion, Finite element method, Helical symmetry -
فرضیه :
معمولا برای تعیین پارامترهای مدل های مکانیکی در آمیزه های لاستیکی از برازش داده های تجربی به دست آمده از آزمون های ساده (مانند کشش تک محوری) استفاده می شود. با توجه به پیچیدگی رفتار مکانیکی این مواد که از معادله های چندجزیی ابرگران روکشسان همراه با معادله نرم شدگی تنش تشکیل شده اند، ضروری است تا کارآمدی این معادله ها در پیش بینی درست و کامل نتایج برای قطعاتی که با شیوه های گوناگون زیر بار کشش، فشار و برش قرار می گیرند، بررسی و راستی آزمایی شوند.
روش هاسه آمیزه لاستیکی بر پایه کایوچوی SBR با مقادیر مختلف دوده ساخته شده و روی آن ها آزمون کشش تک محوری چرخه ای با دو سرعت بارگذاری-باربرداری و تراکم پذیری حجمی انجام شد. داده های به دست آمده برازش شده روی سه مدل مکانیکی که در آن ها رفتارهای ابرکشسان، گران رو و نرم شدگی تنش لحاظ شده بود، قرارگرفته و پارامترهای هر مدل به دست آمدند. انتخاب این مدل ها بر اساس پژوهش های پیشین انجام شد. به دنبال آن ابتدا تک محوری بودن آزمون کشش استفاده شده راستی آزمایی شد و سپس این پارامترها برای شبیه سازی قطعه استوانه ای ساخته شده از آمیزه های مزبور به کمک روش جزء محدود زیر بار فشاری-تماسی قرارگرفتند. نتایج حاصل از شبیه سازی با داده های تجربی به دست آمده از آزمون انجام شده روی این نمونه ها، مقایسه شدند.
یافته هانتایج نشان داد، اثربخشی یک مدل در پیش بینی رفتار تنش-کرنش یا تنش-زمان در یک حالت یا شیوه بارگذاری تضمینی برای رسیدن به همان دقت در سایر شیوه های بارگذاری نیست. طبق نتیجه این مطالعه، برای پیش بینی دقیق تر باید از معادله پیچیده غیرخطی استفاده کرد. در این مدل ها باید افزون بر درنظرگرفتن رفتارهای ابرگران روکشسان و نرم شدگی تنش، از مدلی که رفتار شبکه پرکننده-پرکننده را نیز درنظر بگیرد، به ویژه برای آمیزه های دارای مقادیر زیاد دوده استفاده شود. به طور مشخص در این کار نشان داده شد، بیشترین دقت به مدلی مربوط است که در آن رفتار گران رو کشسان پرکننده-پرکننده به صورت جداگانه از رفتار گران روکشسان آمیزه پلیمر درنظر گرفته شده باشد.
کلید واژگان: لاستیک، رفتار مکانیکی، شیوه بارگذاری، روش جزء محدود، ابرگران روکشسانHypothesis:
Determination of the parameters of the material models for rubber compounds is usually carried out under simple modes such as uniaxial tension. These models are typically consisted of hyper-viscoelastic and stress-softening equations. However, due to the complicated behaviors of rubbery materials, the effectiveness and accuracy of such models under combined loads of tension, compression, and shear should be verified.
MethodsThree rubber compounds were prepared based on SBR reinforced by three different amounts of carbon blacks and underwent uniaxial cyclic under two loading/unloading rates and volumetric tests. The experimental data were used for the determination of parameters of three complex material models using a nonlinear curve fitting method. These models were selected based on the results of our previous findings. We have verified the uniaxial condition of the chosen test method and sample size using finite element method. The computed parameters were employed to simulate cylindrical rubber samples prepared from the same compounds through the finite element method using Abaqus code under compressive-contact loads. The predicted results were next compared with their experimentally measured data.
FindingsThe results showed that the effectiveness of a material model in the prediction of stress-strain or stress-time behavior of a rubber compound under a simple load case does not necessarily guarantee that the same level of accuracy is obtained for the other loading modes, especially for highly filled compounds. It is shown here that to obtain accurate results in such cases, in addition to hyper-viscoelastic and stress softening equations, the material model should include proper terms to consider the effect of the filler-filler interactions into account, especially for highly carbon black-loaded compounds. It is found that the best model is the one in which the viscoelastic behavior of the filler-filler structure is independently included.
Keywords: rubber, mechanical behavior, Loading modes, finite element method, hyper-viscoelastic -
مجله پژوهش نفت، پیاپی 127 (بهمن و اسفند 1401)، صص 126 -140
یکپارچگی چاه یک هدف و راه حل جهت حفاظت از جان انسان، محیط زیست و در نهایت میزان تولید نفت و گاز در طول عمر چاه است. یکپارچگی چاه نیازمند استفاده از اتصالات مطمین برای لوله ها و تجهیزات درون چاهی است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار های مدل سازی و شبیه سازی به روش اجزا محدود به طراحی و تحلیل اتصال اختصاصی که مورد نیاز شرایط چاه های فعلی نفت و گاز می باشد پرداخته شده است. بارگذاری اتصال براساس آزمون سخت سری A از استاندارد ISO 13679 بصورت مرکب شامل اعمال نیروهای محوری کشش و فشردگی به همراه فشار داخلی و فشاری صورت پذیرفت. نتایج تحلیل اتصال با استفاده از معیارهای تنش و قابلیت نشتپذیری مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج تحقیق نشان داد که اتصال طراحی شده به طور کامل الزامات استاندارد را برآورده می نماید. مقدار تنش ایجاد شده در بارگذاری های مختلف پایین تر از استحکام تسلیم ماده قرار دارد در ضمن فشار تماسی سطوح نشت بند، نشتپذیری قابل اعتمادی را ایجاد می کند. مشخص گردید طراحی به روش اجزا محدود می تواند ابزار قابل اعتماد و کم هزینه و جایگزین آزمایش های فیزیکی قرار داشته باشد.
کلید واژگان: لوله های درون چاهی، اتصال اختصاصی، روش اجزا محدود، نشت پذیریPetroleum Research, Volume:32 Issue: 127, 2023, PP 126 -140Well integration aims to protect human life and the environment by reducing the risk of uncontrolled oil and gas production release during its life cycle. Well integrity requires safe connections for the casing, tubing, and downhole equipment. In this research, using modeling and simulation software by finite element method, a premium connection has been designed, which is required for the current conditions of oil and gas wells. The connection was loaded according to the international standard ISO 13679 in a triaxial loading, including the axial loads of tension and compression with internal and external pressure. The analysis results were evaluated using the criteria of stress and sealability. The results showed that the designed connection fully meets the standard requirements. The amount of stress created at different loads is lower than the yield strength of the material, while the contact pressure of the sealing surfaces makes reliable sealability. It was found that design by finite element analysis can be a reliable and inexpensive tool and an alternative to physical experiments.
Keywords: Oil Country Tubular Goods (OCTG), Downhole Equipment, Premium Connection, Finite Element Method, Sealability -
یکپارچگی چاه یک ضرورت جهت مجزا کردن چاه از ورود سیال سازندهای مجاور است و ازبین رفتن این یکپارچگی در طول عمر چاه، موجب بروز مشکلاتی از قبیل نشت سیال سازند های مجاور، آسیب به تجهیزات، فوران چاه، صدمات به نیروی انسانی و آسیب به محیط زیست می شود و در صورت عدم رفع مشکل شاهد مسدود شدن چاه و از بین رفتن سرمایه خواهیم بود. از بین رفتن این یکپارچگی عوامل متعددی از جمله عملیات ناقص مسدود کننده، آسیب و تغییر شکل سیستم نگهداری، اتصال ضعیف ناشی از کیک گل، شکستگی های ایجاد شده در مسدود کننده و سازند و وجود کانال در سیمان دارد. کاربرد ژیومکانیک در صنعت نفت و گاز به صورت چشمگیری درحال توسعه است، تعیین خواص ژیومکانیکی سنگ از قبیل پایداری چاه و سیستم نگهداری و شبیه سازی کوپل جریان سیال، از موارد مختلف استفاده از مدل ژیومکانیکی در طول توسعه یک میدان هیدروکربنی می باشد؛ نشست مخزن و ایجاد تنش های برشی و کششی در سطوح مشترک بین مسدود کننده و سیستم نگهداری و همچنین سازند و مسدود کننده ،تغییرات فشار منفذی، تنش های مکانیکی ناشی از تزریق یا تولید می تواند در نزدیکی چاه منجر به تغییر تنش های موجود شود که این امر از بین رفتن یکپارچگی چاه را به دنبال خواهد داشت. در این مطالعه سعی براین بود که مدل سازی ژیومکانیکی با نگرش توامان هیدرومکانیک برای چاه های یکی از میادین غرب ایران با استفاده از روش اجزا محدود صورت پذیرد تا از این طریق نسبت به بررسی یکپارچگی چاه اقداماتی در نظر گرفته شود. باتوجه به مدل ایجاد شده، مناطق آسیب دیده غلاف سیمانی مشخص شده است و به منظور بررسی نتایج مدل، این نتایج با لاگ های CBL و VDL، مقایسه شده است.کلید واژگان: فرآیند کوپل هیدرومکانیک، مدل ژئومکانیکی، یگپارچگی چاه، اجزا محدود، سیمانWell integrity is a necessity for separating the well from the fluid entering the adjacent formations and eliminating this integrity over the life of the well, causing problems such as excess water production in the production well, fluid leakage of adjacent formations, damage to equipment, and well erosion. It will cause manpower and damage to the environment, and if the problem is not resolved, we will see the well closed and capital lost. The loss of this integrity has several factors, including incomplete blocking operations, damage and deformation of the maintenance system, poor connection caused by the mud cake, fractures created in the blocker and formation, and the presence of ducts in the cement. The application of geomechanics in the oil and gas industry is evolving dramatically, determining the geomechanical properties of the rock, such as wellbore stability, and fluid flow coupling, are various applications of the geomechanical model during the development of a hydrocarbon field; the creation of shear and tensile stresses at the joint surfaces between the blocker and the maintenance system as well as the formation and blocker, pore pressure changes, mechanical stresses caused by injection or production can cause existing stresses to change near the well, thus which the loss of integrity will lead to wells. In this study, geomechanical modeling with hydromechanical approach for wells of a field in western Iran was performed using finite element method and considering this model, the integrity of the well was investigated at the well production stage.Keywords: Coupled hydromechanics process, geomechanics model, wellbore integrity, Finite element method, cement
-
مهم ترین کاربرد پوشش های فشارنده، درمان آثار سوختگی و رگ های واریسی می باشد. اصل درمان در این پوشش ها، مقدار و توزیع فشار بر روی بدن است که توسط پزشک معالج تعیین می شود. ابعاد و جنس پوشش ها بایستی به گونه ای انتخاب شود که فشار مورد نظر از طرف پوشش به بدن شخص بیمار اعمال شود. بدین منظور یکی از بهترین روش های پیش بینی فشار استفاده از شبیه سازی می باشد. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار آباکوس، مدل سه بعدی از تماس و فشار بین پوشش فشارنده و بدن ارایه شده است. در ابتدا مدل به صورت استوانه ای طراحی شد و مقادیر فشار، کرنش و تنش روی دست و پوشش فشارنده و همچنین کانتورهای رنگی توزیع فشار نشان دادند که مدل به درستی در نرم افزار طراحی و اجرا شده است. سپس مدل سازی به صورت مخروطی با استفاده از اندازه های واقعی بدن و پوشش فشارنده انجام شد و نتایج به دست آمده با نتایج آزمایش تجربی مقایسه شدند. مقایسه نتایج عملی و مدل نرم افزاری نشان داد که این مدل به خوبی و با متوسط درصد خطای 18 درصد، توزیع فشار و وضعیت تماس بین دست و پوشش فشارنده را شبیه سازی کرده است. روش استفاده شده در این تحقیق برای اعتبارسنجی مدل یک روش ساده و کاربردی است.کلید واژگان: پوشش های فشارنده، روش اجزای محدود، توزیع فشار، بدن انسان، آباکوسToday, the technical and engineering applications of textiles have received much attention from engineering researchers. It can be said that the most attention in this area is focused on medical textiles. There is a special group of medical textiles called compression garments, the function of which is to apply pressure to the body and was used for the first time for Pressure Therapy. The most important applications of these garments are to treat burns and varicose veins. The principle of treatment in these garments is the amount and distribution of pressure on the body, which is determined by the physician. The dimensions and material of the pressure garments should be chosen in such a way that the desired pressure is applied to the patient's body. For this purpose, one of the best methods for predicting pressure is to use simulation using finite element methods. In this research, a three-dimensional model of contact and pressure between the pressure garment and the human body is presented using ABAQUS software. Initially, the model was designed as a cylinder and the values of pressure, strain and stress on the hand and the pressure garment as well as pressure distribution showed that the model was properly designed and implemented in software. Then, the modeling was performed conically using real body sizes and pressure garment and the results were compared with the experimental results. Comparison of experimental results and model results showed that this model well simulates the pressure distribution and contact between the hand and the pressure garment. The method used in this research is a simple and practical method for model validation.Keywords: Pressure garment, Finite element method, Pressure distribution, human body, ABAQUS
-
فرضیه:
هدف این مطالعه ارایه مدلی اصلاح شده برای پیش بینی پدیده نرم شدگی تنش (اثر Mullins) در آمیزه های لاستیکی پرشده با دوده است. معادله جدیدی برای محاسبه متغیر تخریب در مدل نرم شدگی Ogden-Roxburgh که بر پایه یک معادله سینتیکی قرار داشته و پارامترهای آن وابسته به کرنش اصلی اول هستند، پیشنهاد و راستی آزمایی تجربی شد. که بر پایه معادله سینتیکی قرار داشته و پارامترهای آن وابسته به کرنش اصلی اول هستند.
روش ها:
چهارآمیزه لاستیکی بر پایه کایوچوهای S-SBR و E-SBR که با دو مقدار مختلف دوده (40 و 60phr) تقویت شده بودند، ساخته و به شکل ورقه های لاستیکی پخت شدند. نمونه های دمبلی شکل از روی ورقه ها تهیه و در سه چرخه آزمون کششی رفت و برگشتی با سرعت 500mm/min قرار گرفتند. مقدار کشیدگی به نحوی اعمال شد که در هر چرخه مقدار کرنش نهایی نسبت به چرخه قبل افزایش یافت. همچنین آزمون تراکم پذیری به منظورتعیین مدول توده لاستیک و نسبت پوآسون روی نمونه ها انجام شد. سپس، مدل اجزای محدود دو آزمون یادشده ساخته شد. برای رفتارهای ابرکشسان از مدل Yeoh و نرم شدگی تنش از مدل جدید پیشنهادی استفاده شد که به صورت زیربرنامه رایانه ای به نرم افزار Abaqusاضافه شده بود. به کمک نرم افزارIsight یک الگوریتم چرخه ای بهینه سازی طراحی و پارامترهای مدل برای آمیزه های نام برده به دست آمدند.
یافته ها:
بررسی نمودار های نیرو برحسب زمان و نیرو برحسب تغییرشکل و نیز مقایسه بین مقدار خطای به دست آمده در مرحله بهینه سازی بین داده های تجربی و پیش بینی شده به کمک مدل جدید با مدل کلاسیک Ogden-Roxburgh نشان دهنده آن است که مدل پیشنهادی قابلیت بسیار خوب و دقت بیشتری در پیش بینی رفتار نرم شدگی تنش دارد. با مقایسه نسبت خطاها مشخص شد، مدل جدید از لحاظ کمی به طور متوسط %38 دقت بیشتری دارد. افزون بر این، ارتباط معنادار خوبی بین مقادیر عددی پارامترهای به دست آمده با گونه های کایوچو و مقادیر پرکننده وجود دارد.
کلید واژگان: لاستیک، مدل سازی، نرم شدگی تنش، اثر مولینز، روش المان محدودHypothesis:
The aim of this study was to propose a modified model for the prediction of a stress softening behavior (Mullins effect) in carbon black filled rubber compounds. A new equation was suggested for the calculation of the damage variable in the classical Ogden-Roxburgh model based on a previously developed kinetic equation. The parameters of the new model were assumed dependent on the first principal strain. The developed model was verified by comparison of the model predictions with experimental data
MethodsFour rubber compounds based on S-SBR and E-SBR reinforced by 40 and 60 phr carbon blacks were prepared and cured into rubber sheets. The rubber test specimens (ASTM D412 C) were cut and subjected to cyclic tensile tests at an extension rate of 500 mm/min. In order to show the stress softening behavior, three cycles were selected in a way that the maximum stretch at each cycle was increased consecutively. The volumetric tests were also carried out to determine the bulk modulus and Poisson's ratio. The finite element models of the mentioned tests were created for Abaqus code. The new model was implemented into Abaqus through a user-defined subroutine developed specifically for this research. An optimization algorithm developed in Isight code was employed to determine the parameters of themodel for the prepared compounds
FindingsComparing the predicted force versus time and force versus displacement with their corresponding experimentally measured data and goodness of fitting for new model and classical Ogden-Roxburgh model revealed that the developed model has higher capability and accuracy in prediction of the mechanical behavior of the rubber compounds. Comparing the ratio of the computed errors between two models showed that the new model has higher accuracy with an average of 38%. Moreover it is found that there are good correlations between variation of the model parameters with rubber grades and filler contents.
Keywords: rubber, modeling, Stress softening, Mullins effect, finite element method -
ذخیره سازی زیر زمینی گاز به طور عمده به سه روش ذخیره سازی در مخازن نفت و گاز تخلیه شده، ذخیره سازی در سفره های آب زیر زمینی (آبخوان ها) و ذخیره سازی در گنبدهای نمکی انجام می شود. ذخیره سازی زیر زمینی گاز طبیعی در آبخوان ها به دلیل نزدیکی به شهر های بزرگ و بازارهای مصرف، از اهمیت بسزایی برخوردار است. تاکنون ذخیره سازی گاز طبیعی در آبخوان ها از جنبه های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است، اما از نقطه نظر ژیومکانیکی تاکنون مطالعه ای صورت نگرفته است. لذا در این پژوهش به منظور بررسی پارامترهای ژیومکانیکی اثرگذار بر روی فرآیند ذخیره سازی زیر زمینی گاز طبیعی در یک آبخوان، به شبیه سازی فرآیند با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس پرداخته شده و پارامترهای ژیومکانیکی موثر بر این فرآیند مورد مطالعه قرار گرفته است.در ابتدا تاثیر تزریق و تولید گاز بر فشار منفذی و جابجایی قایم مخزن در زمان ها و مکان های مختلف پس از پایان تزریق و در انتهای تولید بررسی شد. در ادامه آنالیز حساسیت نسبت به پارامترهای ورودی مدل انجام شد. نتایج نشان داد که نسبت تنش های افقی به تنش قایم اولیه بیشترین تاثیر را در بالابردن احتمال گسیختگی کششی دارد. همچنین مقدار دبی تزریقی و تولیدی بیشترین تاثیر را بر افزایش احتمال گسیختگی برشی دارد و پس از آن، نسبت تنش های افقی به تنش قایم اولیه بیشترین تاثیر را بر روی احتمال گسیختگی برشی دارد. در مورد جابجایی قایم مخزن در درجه اول دبی تزریقی و تولیدی بیشترین تاثیر را داشته و پس از آن مدول یانگ مخزن در رتبه بعدی قرار می گیرد. بیشترین میزان جابجایی پس از تزریق در محل تزریق در حدود 8 میلی متر و پس از پایان تولید در محل تولید در حدود 12 میلی متر می باشد. بیشترین میزان افزایش فشار منفذی، در اطراف چاه تزریقی و یک سال پس از شروع تزریق می باشد، که میزان این افزایش فشار نسبت به فشار اولیه آبخوان برابر با 534 کیلو پاسکال است..
کلید واژگان: ذخیره سازی زیر زمینی گاز، آبخوان، مدل ژئومکانیکی، روش المان محدود، جابجایی قائمUnderground storage of natural gas is mainly accomplished by three methods storage in depleted oil and gas reservoirs, storage in aquifers, and storage in salt domes. Among these methods, underground storage (UGS) in aquifers is of much paramount due to more accessibility to metropolises and consumption markets, proper conditions, and ability to keep the gas for long period of time. So far, storage of natural gas in aquifers has been studied from various aspects, but from a geomechanical point of view, no studies have been conducted to date. So, in this study, in order to investigate the geomechanical parameters affecting the process of underground storage of natural gas in an aquifer, the process has been simulated by Finite Element Method (FEM) using ABAQUS software and the geomechanical parameters affecting this process have been studied. For this purpose, first, the impacts of gas injection and production on pore pressure and vertical displacement in different times and locations are thoroughly investigated after injection and production phases. Afterwards, the sensitivity analysis is done regarding to the input parameters of the model. The results showed that the ratio of horizontal stresses to initial vertical stress is considered to have the maximum impact on increasing the probability of tensile failure. Also, injection/production rate and the horizontal stresses to initial vertical stress ratio have the greatest influences on probability of shear failure respectively. Besides, injection/production rate and reservoir Young modulus have the highest impact on vertical displacement respectively. The highest vertical displacement after injection phase and after production phase are 8 at the injection location and 12 (mm) at the production location, respectively. In addition, the highest increase of pore pressure took place around injection wells one-year after injection start time which is equal to 534 KPa compared to the aquifer initial pressure.
Keywords: underground gas storage, aquifer, Geomechanical Model, Finite element method, vertical displacement -
فرضیهکاهش مقاومت غلتشی تایر نقش بسیار مهمی در دستیابی به کاهش CO2 و گرمایش جهانی دارد. از این رو، توجه ویژه ای برای پیش بینی اتلاف انرژی در آمیزه رویه توسط سازندگان تایر شده تا آمیزه هایی با اتلاف انرژی پایین طراحی و به کار گرفته شوند. در این پژوهش، مدل مکانیکی سه گانه متشکل از مدل ابرکشسان سه جمله ای Ogden، مدل گرانروکشسان غیرخطی Bergstrom-Boyce همراه با مدل نرم شدگی تنش Ogden-Rouxbrgh برای بیان رفتار مکانیکی نیرو-تغییر مکان لاستیک پیشنهاد شد.روش هاابتدا دو مجموعه آمیزه لاستیکی بر پایه آمیخته کائوچوهای SBR/BR محلولی و امولسیونی تقویت شده با دو نوع دوده و سیلیکای اصلاح شده سطحی ساخته شدند. مقدار کل پرکننده ثابت و برابر 80phr درنظر گرفته شد. هر مجموعه شامل سه آمیزه با مقادیر مختلف از پرکننده ها بود. بدین ترتیب که در آمیزه اول 80phr دوده بدون سیلیکا و در آمیزه های دوم و سوم به ترتیب 20 و 40phr سیلیکا به جای دوده جایگزین شدند. رفتار مکانیکی کششی آمیزه های پخت شده روی نمونه نواری شکل با عرض 2cm که زیر بار رفت و برگشتی قرارگرفته بود و نیز آزمون کشش با استاندارد ASTM D-412 C تعیین شدند. الگوریتم چرخه ای بهینه سازی شده بر اساس مدل اجزای محدود نمونه نواری شکل ساخته شده در نرم افزار Abaqus به همراه دو جزء انطباق نتایج و بهینه سازی (Nelder-Mead) در نرم افزار Isight طراحی شد. از این الگوریتم برای تعیین پارامترهای مدل مکانیکی استفاده شد.یافته هانتایج به دست آمده از شبیه سازی با داده های تجربی حاکی از دقت زیاد مدل پیشنهادی است. پیش بینی اثر نوع کائوچوی SBR (محلولی یا امولسیونی) و نوع و مقدار پرکننده (دوده و سیلیکا) به کمک پارامترهای پیش بینی شده مدل مطالعه شد. نشان داده شد، ارتباط بسیار خوبی بین تغییرات این پارامترها با ساختار کائوچو و نحوه عملکرد پرکننده ها وجود دارد. همچنین مشخص شد، کائوچوی SBR محلولی نسبت به نوع امولسیونی %50 عملکرد بهتری دارد و نیز افزودن سیلیکا موجب کاهش %25 تا %35 اتلاف انرژی می شود.کلید واژگان: کائوچوی SBR، کائوچوی BR، سیلیکا، ابرگرانروکشسان، رویه تایر، روش اجزای محدودHypothesisReduction of rolling resistance in tyres plays a crucial role in reducing global warming and CO2 emissions. Consequently, the prediction of energy dissipation in tyre tread compounds has received increasing interest from tyre manufacturers to design low dissipative compounds. In the present work, a triple model based on the Ogden hyperelastic equation, Bergstrom-Boyce nonlinear viscoelastic relationship in conjunction with a stress softening equation was proposed for the prediction of the force-displacement behavior of tread compounds.MethodsTwo series of rubber blends compounds based on SBR/BR solution and SBR/BR emulation reinforced by two carbon black (CB) grades and a surface-modified silica were prepared. Each series was comprised of three blends with different filler contents. The total part of filler in each compound was kept constant as 80 phr. The first compound contained 80 phr of CB without any silica, while the second and third compounds were prepared using 20 and 40 phr silica as replacement. The mechanical behavior of the cured compounds was determined using a tensile test carried out on a ribbon type sample with 2X11 cm dimension and ATM D-412 C test specimens. An optimization loop was designed in Isight code using three Abaqus, data matching and optimization components. The developed algorithm was used for the determination of the parameters of the mentioned model.FindingsIt is shown that the proposed material model and the developed numerical algorithm can predict the mechanical behavior of the compounds during a loading/unloading cycle. The trends of the variations of the predicted parameters are in reasonable agreement with macro- and micro- structure of the SBR and filler type (CB or silica). It is also found that the addition of silica to rubber compound has 25-35% decreasing effect on energy dissipation. Moreover, solution SBR has approximately 50% more reduction effect on energy dissipation compared to emulsion SBR at equal filler type and content.Keywords: SBR, BR, silica, hyper-viscoelastic, tyre tread, finite element method
-
در صنعت نفت به تولید ذرات یا تکه های به هم چسبیده ماسه همراه با سیالات مخزن، ماسه دهی گفته می شود. در ماسه دهی از چاه های نفت معمولا دو مکانیسم اصلی دخیل می باشد. مکانیسم اول ناپایداری مکانیکی و خرد شدن سنگ در مجاورت گمانه چاه بوده و مکانیسم بعدی، ناپایداری هیدرودینامیکی ناشی از اعمال نیروی تراوش بر مصالح خرد شده است. در این مقاله با در نظر گرفتن هر دو مکانیسم مزبور، یک مدل عددی برای پیش بینی شروع و میزان ماسه دهی پیشنهاد شده است. پیاده سازی مدل در یک برنامه اجزای محدود با توام سازی صریح معادلات جریان سیال و تغییرشکل اسکلت جامد تشریح شده است. مدل پیشنهادی با حذف المان های ارضاء کننده معیار ماسه دهی و همچنین تکه سنگ های نسبتا بکر جدا شده از مخزن، قادر به نمایش تغییرات هندسی حفره در اثر ماسه دهی می باشد. این مدل با استفاده از نتایج چاپ شده یک آزمایش ماسه دهی بر روی مغزه مشبک کاری شده از یک سنگ مخزن، کالیبره شده و مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج مدل در قالب شروع و میزان ماسه دهی، انطباق مناسبی را با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که بیانگر قابلیت استفاده از آن در تحلیل ماسه دهی چاه های نفت است.کلید واژگان: پیش بینی ماسه دهی، معیار ماسه دهی، تونل مشبک کاری، پیاده سازی عددی، روش اجزای محدودIn the oil industry, production of sand particles or detached sand clumps together with the formation fluids is called sand production. Sand production in oil wells is usually related to two fundamental mechanisms. The first mechanism is mechanical instability and degradation of the rock in the vicinity of the wellbore and the other is hydrodynamical instability due to flow induced drag force on the degraded material. In this paper, considering both the mechanisms, a new numerical model for predicting the onset of sanding as well as the amount of sanding is proposed. Implementation of the model in an explicitly coupled flow and deformation finite element program is described. The proposed model by removing the elements that have satisfied the sanding criteria as well as isolated rock chunks from reservoir can capture cavity evolution associated with sand production. The model is calibrated and validated against published results of a sanding experiment in a perforated reservoir rock. Results of the model in terms of initiation and amount of sanding are compares well with the experimental observations which suggests it can be used for sanding analysis of oil wells.Keywords: Sand Production Prediction, Sanding Criteria, Perforation Tunnel, Numerical Implementation, Finite element method
-
Most of the Iranian oil and gas wells in the Persian Gulf region are producing through their natural productivity and, in the near future, the use of stimulation methods will be undoubtedly necessary. Hydraulic fracturing as a popular technique can be a stimulation candidate. Due to the absence of adequate research in this field, numerical simulation can be an appropriate method to investigate the effectiveness of hydraulic fracturing. In the current study, the hydraulic fracturing process is simulated for a wellbore in the Persian Gulf region with Abaqus software. The main parameters that are necessary for the simulation are collected through wellbore logs and core tests. Fracturing process is studied with more emphasis on the pressure of fracturing fluid and fracture opening. Finally, several 3D fluid-solid coupling finite element models are generated and the main obtained results are compared.Keywords: Hydraulic Fracturing, Finite Element Method, Persian Gulf, Abaqus, 3D fluid-solid model
-
در کار حاضر، انتقال گرما در آمیزه های لاستیکی مصرفی در رویه تایرهای سواری مطالعه شده است. سه مجموعه پنج تایی آمیزه ساخته شد که در آن ها از دو نوع کائوچوی SBR امولسیونی و محلولی (با و بدون روغن اضافی) و پنج ترکیب درصد دوده-سیلیکای اصلاح شده استفاده شد. برای مقایسه، سه آمیزه مرجع بدون استفاده از هیچ نوع پرکننده ای ساخته شدند. ضریب نفوذ گرمایی با روشی جدید تعیین شد که برپایه حل وارون مسئله انتقال گرما به کمک نرم افزار های Abaqus و Isight قرار دارد. نشان داده شد، در تمام نمونه های دارای پرکننده وابستگی شدید ضریب نفوذ گرمایی به دما وجود دارد. در توجیه این مطلب سه پدیده وجود دارد که عبارت از افزایش فواصل بین مولکولی و انرژی لرزشی در اثر افزایش دما و اختلاف بین ضریب نفوذ گرمایی پلیمر و پرکننده است. به همین دلیل تغییرات در ریز و درشت ساختار کائوچوی SBR و نسبت دوده به سیلیکا اثر قابل ملاحظه ای بر چگونگی این تغییرات دارد. به عنوان مثال، کاهش تعداد نقاط انتهایی در کائوچوی SBR محلولی موجب کم شدن اثر کاهش فواصل بین مولکولی می شود. به همین دلیل، آمیزه های برپایه این نوع کائوچو در مقادیر کم سیلیکا کاهش کمتری را در ضریب نفوذ گرمایی با افزایش دما نسبت به آمیزه های برپایه کائوچوی امولسیونی نشان می دهند. با افزایش سیلیکا و ایجاد اتصالات عرضی شیمیایی بین زنجیر های پلیمر و پرکننده نیز پدیده مشابهی رخ می دهد و اثر انرژی لرزشی بیشتر می شود. روغن نیز به عنوان ماده کوچک مولکول با حرکت بین زنجیرها موجب تسهیل در انتقال گرما و افزایش موقت ضریب نفوذ گرمایی در محدوده 60 تا 80 درجه سلسیوس می شود.کلید واژگان: انتقال گرما، ضریب نفوذ گرمایی، اجزای محدود، SBR، BRThis research work is devoted to the study of the thermal diffusivity of SBR/BR compounds used as the tread of radial tires. Three series of rubber compounds were prepared, in which two solution SBR grades (with and without extra oil) as well as an emulsion SBR were selected. Five compounds with different CB/silica ratios were designed for each of the three series. Moreover, three compounds without fillers were prepared as reference samples. Thermal diffusivities of the compounds were determined by a novel technique to solve an inverse heat transfer problem. Abaqus and Isight codes were used to carry out the finite element solution and optimization. It is shown that, in all the compounds the thermal diffusivities were reduced with increasing the temperature. In addition, the macro- and micro- structures of SBR as well as the CB/silica ratios greatly affected the variations in thermal diffusivities with temperature. The thermal diffusivity and its variabilities were studied and discussed by different structural and functional parameters such as intermolecular distance, molecular vibrational energy, difference between the thermal diffusivities of the polymer and filler, and the chemical bonds between the polymer and silica.Keywords: heat transfer, thermal diffusivity, optimization, finite element method, SBR, BR
-
A two-dimensional (2D) single particle model for the copolymerization of propylene-ethylene with heterogeneous Ziegler-Natta catalyst is developed. The model accounts for the effects of the initial shape of the catalyst and carck/ pore patterns on the copolymer composition, polymerization rate and the average molecular weight properties. The spherical and oblate ellipsoidal shapes of catalyst particle and four different pattern distributions of cracks and pores in a growing particle are studied in this simulation. It is assumed that the diffusion coefficient of monomers in the cracks/pores is 10 times higher than the compact zone of the particle.In other word, the cracks are distinguished from parts with higher monomer diffusion coefficient.The dynamic 2D monomer diffusion-reaction equation is solved together with a two-site catalyst kinetic mechanism using the finite element method. Simulation results indicate that the initial shape of catalyst changes the average copolymer composition only in the early stage of polymerization, but the crack/pore patterns in the growing particle have a strong impact on the copolymer composition in the polymer particles due to the change ofmass transfer limitations.Keywords: single particle, modelling, finite element method, Polyolefin, copolymerization
-
Curling of knitted fabrics edges is one of the complicated problems of these structures. Therefore, study and measurement of curling in knitted fabrics is important. In this study, it is tried to model the three-dimensional wale wise curl of the fabric using finite element modelling. In this model the tensions in different parts of a knitted loop due to bending and torsional forces in knitting process, is calculated numerically. The result of the FEM model is considered as a measure indicator of the curl loop. By applying the same conditions of loop deformation in all fabric samples, the accumulated force was measured. Developed force is defined as an indicator of the level of curling in the fabric and was compared with experimental results. The comparison between experimental results and the mechanical model is in good correlation.Keywords: Polyester, cotton yarn, knitted fabric, finite element method, curling force
-
The properties and structure of the yarns within the fabric generate a complex mechanism of deformation. Although many literatures are available on mechanical properties of woven fabrics, little micro-mechanical information have become public on tensile behavior of such materials. In this study, the tensile behavior of woven fabrics with different weave patterns is simulated by using finite element method. Yarn geometry parameters are measured with the help of microscopy and image processing techniques. Three-dimensional geometrical models are simulated by use of fabric geometry data. To evaluate the proposed model, the numerical results are compared to the experimental measurements. The results show that by using the three dimensional modeling of fabric and precisely imparting the yarn properties in the finite element program, the tensile properties of fabric with different weave patterns can be reasonably predicted.Keywords: Simulation, finite element method, tensile behavior, woven fabric, weave pattern
-
The seamless double layer fabrics are of special uses in industry. The strength of these fabrics is an important parameter due to different forces pushed on them. In the areas where there is a seam, the fabric has the lowest strength in comparison to other parts and this is the key point that shows the reasons of the importanceof strength of the seam in the industrial double layer fabrics. Present research provides a new method that increases the strength of the seam in double layer fabrics by shuttle less weaving machines. In this method, two layers of fabrics are joined each other during weaving, a hole is created in the joint of the two layers and the hole is filled by fillers with circular cross section. In fact, fillers with different diameters are employed for this purpose. The fillers with smaller diameters than the hole are used as half fillers and those with larger diameter are used as the full or complete fillers. The strength of these samples are then compared with those with holes and without fillers, two layer samples without hole (joined through the two layers), the sewed two layer samples and single layer fabrics. The results of finite element modeling indicate that the tensile strength of the seam increasesby adding fillers to the holes and increasing their diameters. Moreover, it is showed that, increasing of diameter of the hole does not affect the tensile strength of the seam for the samples filled with complete fillers.Keywords: Seamless, strength properties, double layer, woven fabric, finite element method
-
In this study, the finite element modeling with considering the two-dimensional Elastica curve is used. Then, a twisted shape of Elasticaiss investigated through applying a pair of equal unbalancing twisted torques to the ends of the elastic rod. In the loop model, the implicit method, nonlinear geometry, elastic properties and three-dimensional beam element are used. Implicit method is accurate and a simple method for problems of structural complexity without intervention of time. Finally, the proposed model is used as overlap and legs of the warp-knitted single bar fabric structure and uniaxial tensile behavior of the fabric in the low strain is modeled using ABAQUS software. The explicit method is used in the fabric simulation based on complexity, connection and interaction of the parts in the simulated fabric and the nonlinear geometry, elastic properties and three-dimensional beam element is used in fabric simulation like the loop model. The results of the actual fabric test under low strain with theoretical model are compared. The model results are more consistent with the results of experiments conducted at lower strain on the fabric.Keywords: Single bar warp, knitted fabric, uniaxial tensile, three, dimensional Elastica, finite element method
-
در این پژوهش، رفتار مکانیکی نانوکامپوزیت های ساخته شده برپایه لاستیک گرمانرم پلی آمید 6 وکائوچوی آکریلونیتریل بوتادی ان (PA6/NBR) تقویت شده با نانولوله های کربنی تک دیواره به طور نظری و تجربی بررسی شد. دو ترکیب 60 و %40 کائوچو همراه با سه ترکیب 0.5، 1 و %1.5 نانولوله برای ساخت نمونه ها انتخاب شدند. مدل سازی برپایه به کارگیری روش اجزای حجمی نماینده دوبعدی انجام شد. محاسبات به روش اجزای محدود غیرخطی در محیط نرم افزار Abaqus/Standard انجام شد. از مدل های مکانیکی کشسان خطی و کشسان-پلاستیک با سخت شدگی همسان به ترتیب برای بیان رفتار مکانیکی نانولوله کربنی و ماتریس پلیمری استفاده شد. نمونه های واقعی نیز به طور هم زمان به روش اختلاط مذاب درون مخلوط کن داخلی ساخته شدند. داده های مربوط به این مدل ها از آزمون های تجربی مربوط معین شدند. مدل سازی به شکل دوبعدی تنش صفحه ای در دو حالت کششی و فشاری همراه با آرایش های مختلف برای نانولوله انجام شد. افزون بر این، دو حالت توپر و توخالی برای ذرات نانولوله درنظر گرفته شد. مقایسه بین مدول های کشسانی و نیز رفتار کشسان-پلاستیک پیش بینی شده به کمک مدل با نتایج تجربی به دست آمده از آزمون های کششی و فشاری روی نمونه های ساخته شده حاکی از دقت زیاد و صحت مدل سازی است. در این پژوهش مشخص شد، آرایش ذرات نانولوله اتفاقی بوده و رفتار کشسان-پلاستیک نانوکامپوزیت نیز به شکل سخت شونده همسان است. همچنین نشان داده شد، اثر فصل مشترک بین ذرات نانولوله و ماتریس همراه با آرایش ذرات در بعد سوم منبع اصلی خطا در مدل است.
کلید واژگان: نانوکامپوزیت، نانولوله کربنی، مدل سازی، RVE، روش اجزای محدودA theoretical and experimental study was conducted on the mechanical behavior of nanocomposites based on PA6/NBR thermoplastic elastomer reinforced by single wall carbon nanotubes (SWNTs). The selected samples include 60 and 40% NBR with 0. 5، 1. 0 and 1. 5% SWNT. The modeling methodology was based on the use of two-dimensional «representative volume elements» (RVE). The Abaqus/standard code was employed to carry out the non-linear finite element calculations. Plane stress elements were selected for discretization of the domain. Linear elastic and isotropic hardening elastic-plastic models were utilized to describe the mechanical behaviors of the carbon nanotubes and polymer matrix، respectively. The samples were simultaneously prepared using melt mixing method in a laboratory internal mixer. Different orientations including regular in both longitudinal and transverse directions and random were selected for the nanotubes in the matrix. Also، two structural forms including hollow and solid for the carbon nanotubes were chosen. The highest and lowest predicted moduli were obtained from models with regular orientation in longitudinal and transverse directions، respectively. On the other hand، comparison between the predicted elastic modulus and elastic-plastic behaviors of the samples with their corresponding experimental data revealed that the random orientation in conjunction with hollow structural form gives the best results. Moreover، the selected material model for the thermoplastic elastomer i. e.، isotropic hardening can precisely describe the mechanical behavior in both tension and compression modes. It is also concluded that the main source of error in this modeling methodology can be attributed to the effects of interface between polymer and nanotubes and orientation in perpendicular directions.Keywords: nanocomposite, carbon nanotube, modeling, RVE, finite element method -
در پژوهش حاضر شبیه سازی تایر رادیال زیر بار های مختلف عمودی، برشی (طولی و جانبی) و پیچشی ایستا بررسی و محاسبات با نرم افزار MSC.MARC روی سامانه رایانه ای مبتنی بر پردازش موازی انجام شد. برای مدل سازی بخش های لاستیکی از اجزای هیبریدی که در آن تغییر مکان و فشار به طور هم زمان درنظر گرفته شده است، همراه با دو مدل ابرکشسان Marlow و Yeoh و برای اجزای لیفی از اجزای میله ای همراه با مدل کشسان خطی استفاده شد. مدل سازی در دو حالت دو بعدی با تقارن محوری برای بارگذاری های جانشانی و بادشدن تایر و سه بعدی برای اعمال بارگذاری های عمودی، برشی و پیچشی انجام شد. از چند شبکه مختلف اجزا (خطی و مرتبه دوم) همراه با چگالی های مختلف از لحاظ تعداد و آرایش اجزا استفاده و شبکه بهینه معین شد. با استفاده از نمودار های نیرو بر حسب تغییر مکان (و گشتاور بر حسب زاویه پیچش) به دست آمده از شبیه سازی های انجام شده، مقادیر سفتی های عمودی، طولی، عرضی و پیچشی محاسبه شدند. این داده ها با مقادیر اندازه گیری شده تجربی که به کمک دستگاه اندازه گیری سفتی انجام شده بود، مقایسه شد که حاکی از دقت بسیار خوب مدل در پیش بینی سفتی شعاعی است. اما سفتی های طولی، عرضی و پیچشی با دقت کمتری محاسبه شدند که علت این مسئله نیز به عدم قابلیت اجزای میله ای در لحاظ کردن دقیق نیرو های برشی و خمشی کامپوزیت لاستیک و الیاف بلند برمی گردد. از این رو، ایجاد و توسعه مدل های مواد و فنون جدید تر مدل سازی کامپوزیت لاستیک -الیاف برای درنظرداشتن رفتار های یاد شده ضروری است.
کلید واژگان: تایر، روش اجزای محدود، نرم افزار MSC، MARC، بارهای ایستا، سفتی های عمودی، طولی، عرضی، پیچشیThis research work is devoted to the simulation of a steel-belted radial tire under different static loads. The nonlinear finite element calculations were performed using the MSC. MARC code، installed on a computer system equipped with a parallel processing technology. Hybrid elements in conjunction with two hyperelastic models، namely Marlow and Yeoh، and rebar layer implemented in surface elements were used for the modeling of rubbery and reinforcing parts، respectively. Linear elastic material models were also used for the modeling of the reinforcing elements including steel cord in belts، polyester cord in carcass and nylon cord in cap ply section. Two-dimensional axisymmetric elements were used for the modeling of rim-mounting and inflation and three-dimensional models were developed for the application of the radial، tangential، lateral and torsional loads. Different finite element models were developed، in which both linear and quadratic elements were used in conjunction with different mesh densities in order to find the optimum finite element model. Based on the results of the load deflection (displacement) data، the tire stiffness under radial، tangential، lateral and torsional loads were calculated and compared with their corresponding experimentally measured values. The comparison was verified by the accuracy of the measured radial stiffness. However، due to the neglecting of the stiffness in shear and bending modes in cord-rubber composites، modeled with rebar layer methodology، the difference between computed values and real data are not small enough so that a more robust material models and element formulation are required to be developed.Keywords: tire, finite element method, MSC.MARC, software static loads, radial, tangential, lateral, torsional stiffness -
در این مقاله، مدل سه بعدی پیل سوختی غشای تبادل یونی بررسی شده است. این مدل برای نیم پیل کاتدی صورت گرفته که شامل کانال گازی کاتدی از نوع موازی، لایه نفوذ گازی کاتدی و غشای پلیمری می باشد. پدیده های مورد بررسی در این مقاله، انتقال جرم در لایه های نفوذ گازی، واکنش الکتروشیمیایی در لایه های کاتالیستی و انتقال بار در پیل سوختی می باشد. ضمنا در هندسه این مدل، شانه نیز لحاظ گردیده که سبب می شود پروفایل غلظت و در نتیجه توزیع بار با دقت بیشتری بررسی شود. معادلات حاکم جهت مدل سازی پیل سوختی با استفاده از نرم افزار فملب بر پایه روش المان محدود حل شده اند. این مدلسازی قادر به پیشگویی رفتار پیل سوختی تحت شرایط عملیاتی مختلف می باشد که به واسطه تحلیل نتایج آن، عملکرد پیل سوختی در شرایط مختلف عملیاتی و با مقادیر متفاوت جریان- ولتاژ بررسی گردید و در نهایت بهترین شرایط عملیاتی و نقطه کاری مناسب، حاصل شده است. وجه تمایز این مدل سازی، بررسی عملکرد پیل سوختی غشای تبادل یونی از طریق حل عددی سه بعدی نیم پیل کاتدی با در نظر گرفتن شانه می باشد، در حالیکه کاتالیست به صورت تجمعات کروی فرض شده است.
کلید واژگان: پیل سوختی غشای تبادل یونی، تجمعات کروی، لایه نفوذ گازی، شانه، روش المان محدودIn this study، a three-dimensional model of a single fuel cell is considered. This modeling is done for a cathode half-fuel cell and consists of a parallel flow field، namely a cathode gas diffusion layer and a polymer membrane; it includes mass transfer at gas diffusion layer، electrochemical reaction at catalyst layer، and charge transfer in all the parts of fuel cell. Shoulder is considered in this model and thus concentration profile and charge distribution are more delicate. Governing equations are solved by FEMLAB software through the finite element method. This modeling could predict the behavior of fuel cell at different operation conditions by minimum cost. The performance of fuel cell is evaluated by different activation energies and، by comparing the results، the optimum operation condition is concluded.Keywords: PEM Fuel Cell, Parallel Flow Field, Gas Diffusion Layer, Shoulder, FEMLAB, Finite Element Method
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.