مدونة حول دراسة تحسن معايير تصميم رؤوس أوعية الضغط المحدبة

في مجالات التكنولوجيا المتقدمة مثل التنقيب عن المياه العميقة والصناعات الجوية والفضاء والبتروكيماويات، تلعب الأوعية الضغطية التي تتحمل الضغط الخارجي دورًا حيويًا.سلامة الرؤوس المنحدرة مكونات أساسية لهذه الأوعية تحدد مباشرة استقرار الأنظمة بأكملهاعيب تصميم يسبب الانحناء أو الفشل في رأس الغواصة أو خزان وقود الصاروخ يمكن أن يؤدي إلى عواقب كارثيةالبحث المتعمق وتحسين طرق تصميم الرأس المنحدر له أهمية عملية كبيرة.

عندما تتعرض للضغط الخارجي ، تواجه الرؤوس المنحدرة بشكل أساسي طريقتين لفشل: الانحناء والتسليم.تصاميم الهندسة عادة ما تستخدم عوامل إغلاق مبنية على الخبرة (KDF) لتقليل ضغوط الانحناء النظرية للسلامةومع ذلك، مع التقدم في علوم المواد والتصنيع، قد يؤدي هذا النهج المحافظ إلى هدر المواد وزيادة التكاليف.أصبح التنبؤ بدقة بسلوك الانحناء وتحسين طرق التصميم أولويات البحث.

ويتم تعريف عامل الإطاحة (KDF) على أنه نسبة ضغط الانحناء التجريبي في الرؤوس الفعلية إلى ضغط الانحناء النظري في الرؤوس المثالية.ركزت الأبحاث المبكرة على تحديد قيم KDF من خلال التجارب، لكن النتائج أظهرت اختلافًا كبيرًا بسبب الصعوبات في التحكم بدقة في العيوب.تمكنت طريقة الشكل الكروي المغطاة بالبوليمر من إنتاج رؤوس ذات عيوب خاضعة للرقابة، مما يوفر طرق جديدة للتنبؤ بدقة KDF.

• أنواع العيوب وأدائها:أجرى الباحثون تجارب واسعة النطاق ومحاكاة رقمية على أنواع مختلفة من العيوب. درس يان وآخرون كيف تؤثر المعلمات الهندسية للعيوب السميكة على الانحناء ،بينما عباسي وآخرونوجدت الدراسة أن النتوءات تؤثر بشكل ضئيل على انحناء الرأس الكروي.
• عيوب التصنيع الحقيقية:دراسات أخرى حللت رؤوس نصف الكرة التي تحتوي على عيوب تصنيعية فعلية ، مما يوفر إرشادات هندسية.المقترح باستخدام الشقوق كعيوب هندسية معادلة لتحديد ضغوط الانحناء في الحدود السفلية، إدخال حفرة واحدة عن طريق التنقل المسيطر عليه.

• الرؤوس نصف الكرة:وباعتبارها أبسط رؤوس منحرفة، فإن طرق تصميمها ناضجة نسبيًا. ومع ذلك، فإن عمقها الأكبر يحد من بعض التطبيقات.
• الرؤوس الكروية:على الرغم من الضغوطات الكبيرة للانحناء على الحافة في مناطق انتقال التاج ، فإن عمقها الضحل وبساطة التصنيع تجعلها تستخدم على نطاق واسع.تم دراسة سلوك الانحناء المرن البلاستيكي تحت الضغط الخارجي عن طريق تحليل العناصر المحدودة، في حين أن Blachut et al. بحثوا الاستقرار في الرؤوس الكروية المعدنية متعددة الطبقات. قام Wang et al. بتحليل حالات الإجهاد وضغوط الانحناء في رؤوس أسفل سخان المياه.
• الرؤوس البيضاوية:إن الانتقالات المنحنية أكثر سلاسة توفر توزيعًا أكثر تكافؤًا. مع عمق متوسط بين الرؤوس نصف الكرةية والكروية ، فمن الأسهل تصنيعها عن طريق الطابع.زينجوني طوّر نظريات لتقييم توزيع الضغط على الغشاءوقد اقترح لي طرق تحليل مبسطة لأوعية الرأس البيضاوية المتناظرة على المحور. درس روس أنماط الانحناء في الرؤوس البيضاوية البلاستيكية المقوية بالألياف الزجاجية.

على الرغم من طرق التصميم الناشئة، لا تزال القواعد الأساسية في معايير الأوعية الضغطية هي حجر الزاوية للهندسة. وقد وضعت القوى الاقتصادية العالمية معاييرها الخاصة لتصميم الرأس المنحدر.يركز هذا التحليل على ستة معايير رئيسية:

• الصين: GB/T 150.3، GB/T 4732.3
• الولايات المتحدة الأمريكية: ASME VIII-1، ASME VIII-2، ASME Code Case 2286-6
• الاتحاد الأوروبي: EN 13445-3

الـ ASME VIII-1تستخدم أساليب مبنية على الرسوم البيانية لتحديد الضغوط الخارجية المسموح بها. هذه الرسوم البيانية المستمدة من بيانات تجريبية واسعة والتحليلات النظرية توفر الراحة ولكن الدقة محدودة.الـ ASME VIII-2(منذ عام 2007) انتقلت إلى أساليب قائمة على الصيغة تتضمن مبادئ ASME Code Case N-284 و 2286-6 ، لحساب الإجهادات الضغطية المحيطية المسموح بها للغشاء.تم تقديم نسخة 2019 معادلات موحدة تستند إلى نماذج منحنى الإجهاد والإجهاد، محاكاة بدقة استجابات المواد في الحالات المصنعة لجميع الموادوالسبائك غير الحديدية التي تحل محل الطرق السابقة من الفولاذ ذو الكربون المنخفض والسبائك المنخفضة.

يستخدم معيار EN 13445-3 (طبعات 2002-2021) منحنيات لتحديد الضغوط الخارجية المسموح بها ، واعتماد منحنيات الحدود السفلية المستمدة من معايير PD5500 (خلفي BS5500 البريطاني).

GB/T 1503كما يستخدم أساليب الرسوم البيانية لتصميم الرأس الضغطية الخارجية، مع بعض الرسوم البيانية القائمة على البيانات التجريبية الصينية والبعض الآخر الذي يشير إلى قسم ASME الثاني، الجزء د.GB/T 4732.3تستخدم أساليب مماثلة لقانون ASME الحالة 2286-6،مع إضافة قواعد إضافية لحساب مقياس اللمسة في الملحق ج، بما في ذلك المعادلات من الحالة 2286-6 من قانون ASME للفولاذ الكربوني/منخفض السبائك ونماذج منحنى الإجهاد من ASME VIII-2.

هذا القسم يوضح تفاصيل المقارنة بين قواعد تصميم الرأس نصف كروية، كروية، وبيضاوية عبر المعايير، مع التركيز على الاختلافات في المعلمات الرئيسية (على سبيل المثال، وحدات اللمسة،عوامل التصميم) وتأثيراتها.

مقياس المماسة(ميل منحنى الإجهاد-الجهد المادي عند مستويات الإجهاد المحددة) يؤثر بشكل حاسم على حسابات ضغط الانحناء ، مع اختلاف طرق الحساب بين المعايير.عوامل التصميم(مؤشرات هامش السلامة) تختلف أيضا، مما يعكس اعتبارات السلامة المختلفة.

نظرًا لتعقيد تصميم الرؤوس الكروية / البيضاوية ، تستخدم بعض المعايير طرقًا متكافئة تحويلها إلى رؤوس نصف كروية للحساب.يُقارن هذا القسم بين مزايا هذه الأساليب وقيودها.

من أجل المقارنات القياسية البديهية ، تحسب هذه المادة ضغوط الانحناء لمختلف الرؤوس الكروية / البيضاوية باستخدام معايير مختلفة ،نتائج متناقضة مع رؤوس نصف الكرة المكافئة.

وتوضح الحالات الهندسية المختارة حسابات سمك الرؤوس باستخدام معايير مختلفة، مما يوضح قابلية تطبيق كل معيار والمنافسات.

توفر هذه المراجعة الشاملة والتحليل المقارن لقواعد تصميم الرأس المنحني تحت الضغط الخارجي مراجع هندسية وإرشادات بحثية. تشمل الاتجاهات المستقبلية:

• تطوير نماذج دقيقة للتنبؤ بالانحناء:الاستفادة من أساليب الحوسبة والتجريبية المحسنة للحد من الاعتماد على KDF التجريبية.
• دراسة سلوك المواد الجديدة في الانحناء:دراسة أداء المواد الجديدة تحت الضغط الخارجي للتطبيقات الهندسية.
• تحسين طرق التصميم:تخصيص النهج لتطبيقات محددة، وتوازن بين السلامة وكفاءة التكلفة.