تحلیل الاستیک-پلاستیک مخازن تحت فشار
آشنایی با تحلیل الاستیک-پلاستیک مخازن تحت فشار
در مقاله قبلی با عنوان تحلیل الاستیک مخزن توضیحاتی در مورد نحوه حل مسائل مرتبط با مخازن تحت فشار گفته شد که توصیه می شود اگر آن را مطالعه نکردید در ابتدا آن را مطالعه بفرماید و سپس ادامه این مقاله را مطالعه بفرمایید. [ ۰ تا ۱۰۰ تحلیل الاستیک مخازن تحت فشار ]
در آنجا گفته شد که حل مسائل مخازن تحت فشار با دو رویکرد دنبال می شوند: ۱) رویکرد الاستیک ۲) رویکرد الاستیک-پلاستیک
که به رویکرد الاستیک-پلاستیک ، گاهی اوقات رویکرد پلاستیک نیز گفته می شود که در این مقاله قصد داریم با این رویکرد آشنا بشویم.
تحلیل مخازن با روش پلاستیک نسبت به روش الاستیک دارای دقت بیشتری است و در این روش از رفتار تنش کرنش واقعی قطعه برای تحلیل استفاده می شود. تنها نقطه منفی که در روش تحلیل الاستیک-پلاستیک مخازن تحت فشار وجود دارد این است که این روش زمانبر تر می باشد و تحلیل آن دشوار تر است.
در تحلیل الاستیک-پلاستیک که باید با استفاده از تکنیک های المان محدود ، حل انجام بشود باید موارد زیر در نظر گرفته شود:
الف) باید برای افزایش دقت حل رفتار ماده به صورت دارای سخت شوندگی (Hardening) در نظر گرفته شود ، اما می توان برای ساده تر شدن مسئله رفتار را به صورت پلاستیک کامل فرض کرد.
ب) رابطه کرنش-زمان باید از نوع تغییر مکان بزرگ (Large Deformation) باشد.
ج) در محل های تمرکز مانند محل های اتصال نازل به پوسته و … از مش بندی مناسب استفاده کرد.
تحلیل الاستیک-پلاستیک مخازن تحت فشار
مرحله ۱) مدل سازی قطعه و تعریف نوع و شدت بارگذاری
مرحله ۲) اعمال شرایط مرزی (Boundary Conditions)
مرحله ۳) انتخاب مدل تنش-کرنش واقعی ماده که بر اساس خاصیت سخت شوندگی (Hardening) می باشد.
مرحله ۴) باید حل مسئله بر تغییر مکان بزرگ (Large Deformation) در نظر گرفته شود.
مرحله ۵) بارگذاری تابع زمان در نظر گرفته شود
مرحله ۶) مرحله ۶ آخرین مرحله در تحلیل الاستیک-پلاستیک مخازن تحت فشار است و بدین معنی است که حل مسئله در یک نرم افزار شبیه ساز CAE مانند نرم افزار آباکوس مدلسازی می شود. تنش بدست آمده باید کمتر از تنش نهایی ماده باشد و از ورود ماده به منطقه آسیب جلوگیری شود. در سناریو بعدی محتمل است که پس از شبیه سازی و تحلیل الاستیک-پلاستیک مخازن تحت فشار ، تنش بدست آمده بیشتر از حد تنش نهایی بود ، لذا در این حالت باز باید مخزن تحت فشار را باز طراحی کنیم و با افزایش ضخامت پوسته مخزن مرحله ۱ تا ۶ را مجدداً دنبال کنیم تا تنش ایجاد شده در مخزن از حد تنش نهایی ماده کمتــر باشد.
بررسی یک مثال کاربردی از تحلیل الاستیک-پلاستیک مخازن تحت فشار
فرض شود مطابق شکل زیر یک مخزن تحت فشار وجود دارد، بدهی است مطابق با آموزه های پیشین که خوانندگان این مقاله در مورد بحث تنش دارند، در محل اتصال پوسته به نازل بیشترین تمرکز تنش وجود دارد . حال شما می خواهید بررسی بفرمایید تنش موجود از حد نهایی ، تنش ماده کمتر است یا خیر؟
با توجه به مفاهیمی که بحث مقاومت مصالح دارد نمی توان مقدار تنش موجود در محل مورد بحث بدست آورد و تحلیل را بر اساس آن پیش برد. لذا در اینجا است که باید با استفاده از تکنیک های المان محدود و صحه سنجی درست از نتایج بدست آمده از تحلیل در مورد صحت طراحی مخزن تحت فشار تصمیم گیری کنید.
طراحی درست که در اینجا منظورمان حداقل ضخامت بکار رفته در مخزن است ، بر این مبنا است که جواب هایی را که از تحلیل المان محدود می گیرید همگرا باشند به عبارت دیگر تنش های موجود در مخزن با یک ضریب ایمنی (Safety Factor) قابل ملاحضه از تنش هایی نهایی ماده کمتر باشد تا از پدیده از کارافتادگی در مخازن تحت فشار جلوگیری شود.
پاسخ به پرسش: آیا باید از تحلیل الاستیک استفاده شود یا الاستیک-پلاستیک
در جواب به سوال اینکه در طراحی سازه های مهندسی باید از رویکرد تحلیل الاستیک و تحلیل الاستیک – پلاستیک استفاده شود؟! باید پاسخ داد جواب مشخصی وجود ندارد و کاملاً بستگی به روش و procedure ایی که برای طراحی دنبال می شود بستگی دارد.
در طراحی برخی از سازه های مهندسی مانند اغلب قطعات ماشین آلات مانند شفت‌ها و میله های راهنما ، چرخدنده ها و … معمولاً رویکرد تحلیل الاستیک دنبال می شود اما در برخی از سازه های دیگر مانند مخازن تحت فشار از هر دو رویکرد تحلیل الاستیک و تحلیل الاستیک – پلاستیک استفاده می شود.
برای بررسی بیشتر به فلو چارت زیر که مربوط به کد ASME VIII طراحی مخازن تحت فشار است نگاه کنید ، این فلوچارت مشخص می کند که با توجه به انتظاراتی که از مخزن می رود باید کدام رویکرد دنبال شود.
مثال فوق مربوط به طراحی مخازن تخت فشار بر اساس استاندارد ASME VIII بود و کاملاً مشخص شد که طراح باید با توجه به رویکردی که دنبال می کند از کد و استاندارد مربوطه این مسئله را در نظر بگیرد.
آنچه که مهم است این است که همانطور که گفته شد دقت تحلیل بر اساس الاستیک – پلاستیک بیشتر از الاستیک است اما هزینه تحمیل شده برای این تحلیل بیشتر است و برای تحلیل باید مراجع و کد های گفته شده را بررسی کرد و در صورتی که اجازه داده شده باشد فقط از تحلیل الاستیک استفاده شود باید همین رویکرد دنبال شود و اگر طراح بر اساس سلیقه شخصی با انجام تحلیل الاستیک – پلاستیک هزینه مازاد بر انجام پروژه تحمیل کند دچار خطا شده است!!!.
این صفحه را با دیگران به اشتراک بگذارید و امتیاز بگیرید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.