وبلاگ در باره مطالعه‌ای استانداردهای طراحی سر عدسی‌شکل مخازن تحت فشار را بهینه می‌کند

در زمینه های فن آوری بالا مانند اکتشافات در اعماق دریا، هوافضا و صنایع پتروشیمی، ظروف تحت فشار که به فشار خارجی مقاومت می کنند نقش مهمی دارند.ایمنی کلاه های کج ٬ اجزای کلیدی این ظروف ٬ مستقیماً ثبات کل سیستم ها را تعیین می کندنقصي در طراحي که باعث شکستن يا شکست در سر يک غواصي در اعماق دريا يا مخزن سوخت موشک مي تواند منجر به عواقب فاجعه بار شودتحقیقات عمیق و بهینه سازی روش های طراحی سر کج اهمیت عملی قابل توجهی دارند..

هنگامی که تحت فشار خارجی قرار می گیرند ، سرهای کج عمدتاً با دو حالت شکست روبرو می شوند: خم شدن و تسلیم شدن.طرح های مهندسی به طور معمول از فاکتورهای نابودی مبتنی بر تجربه (KDF) برای کاهش فشار های تئوریکی برای ایمنی استفاده می کنند.با این حال، با پیشرفت در علم مواد و تولید، این رویکرد محافظه کارانه ممکن است منجر به اتلاف مواد و افزایش هزینه ها شود.پیش بینی دقیق رفتار خم شدن و بهینه سازی روش های طراحی به اولویت های تحقیقاتی تبدیل شده است.

فاکتور شکست (KDF) به عنوان نسبت فشار خم شدن آزمایشی در سرهای واقعی به فشار خم شدن نظری در سرهای ایده آل تعریف می شود.تحقیقات اولیه بر تعیین مقادیر KDF از طریق آزمایش متمرکز بوددر حالی که در سال های اخیر پیشرفت های تولید، به ویژه Lee et al.روش قالب گره ای پوشانده با پلیمر باعث تولید سر با نقص های کنترل شده شده شده است.، ارائه مسیرهای جدید برای پیش بینی دقیق KDF.

• انواع نقص ها و عملکرد پیچ:محققان آزمایشات گسترده و شبیه سازی های عددی در مورد انواع نقص های مختلف انجام داده اند. یان و همکارانش مطالعه کردند که چگونه پارامترهای هندسی نقص های ضخامت از طریق بر خم شدن تاثیر می گذارد،در حالی که عباسی و دیگراندر این مطالعه، درونی و همکارانش تعاملات بین نقایص را بررسی کردند.
• نقص های ساخت واقعی:مطالعات دیگر، سر های نیمکره ای را که دارای نقص های ساخت واقعی هستند، تجزیه و تحلیل کرده و راهنمایی های مهندسی را ارائه می دهند.پیشنهاد شده با استفاده از شکافها به عنوان نقص های هندسی معادل برای تعیین فشار خم کردن در محدوده پایین، با وارد کردن دنده های تک از طریق جابجایی کنترل شده.

• سر های نیمکره ای:به عنوان ساده ترین سرهای کج، روش های طراحی آنها نسبتاً بالغ است. با این حال، عمق بیشتر آنها کاربردهای خاصی را محدود می کند.
• سرهای کروی:علیرغم فشارهای قابل توجهی در مناطق انتقال تاج، عمق کم و ساخت ساده آنها را به طور گسترده ای استفاده می کند.رفتار خم شدن پلاستیک لاستیکی تحت فشار خارجی از طریق تجزیه و تحلیل عناصر محدود مطالعه شده است.، در حالی که Blachut et al. ثبات را در کلاه های کروی فلزی چند لایه بررسی کردند. وانگ et al. حالت استرس و فشار خم شدن را در کلاه های پایین آبگرمکن تجزیه و تحلیل کرد.
• سرهای بیضوی:انتقال خمیدگی صاف تر آنها توزیع فشار یکنواخت تری را فراهم می کند. با عمق متوسط بین سر های نیمکره ای و کروی، تولید آنها از طریق چاپ آسان تر است.زینگونی نظریه هایی را برای ارزیابی توزیع استرس غشا توسعه دادلی روش های تجزیه و تحلیل ساده را برای رگ های سر بیضوی محوری پیشنهاد کرد؛ راس روش های خم شدن را در سر بیضوی پلاستیکی تقویت شده با فیبرگلاس مطالعه کرد.

علیرغم روش های طراحی در حال ظهور، قوانین اساسی در استانداردهای ظرف های تحت فشار هنوز سنگ بنای مهندسی هستند. قدرت های اقتصادی جهانی استانداردهای مربوطه را برای طراحی سر کج ایجاد کرده اند.این تجزیه و تحلیل بر شش معیار کلیدی تمرکز دارد:

• چین: GB/T 1503GB/T 47323
• ایالات متحده: ASME VIII-1، ASME VIII-2، ASME کد پرونده 2286-6
• اتحادیه اروپا: EN 13445-3

ASME VIII-1استفاده از روش های مبتنی بر نمودار برای تعیین فشارهای خارجی قابل قبول. این نمودارها که از داده های تجربی گسترده و تجزیه و تحلیل نظری مشتق شده اند، امکان پذیر هستند اما دقت محدود دارند.ASME VIII-2(از سال 2007) به روش های مبتنی بر فرمول که شامل اصول ASME Code Case N-284 و 2286-6 می شود، برای محاسبه استرس های مجاور فشار غشا تغییر کرد.نسخه 2019 معادلات استاندارد را بر اساس مدل های منحنی فشار-شکان معرفی کرد، شبیه سازی دقیق واکنش مواد در حالت تولید برای تمام موادو آلیاژهای غیر فلزی که جایگزین روش های قبلی فولاد کربن/فولاد کم آلیاژ می شوند.

استاندارد EN 13445-3 (2002-2021 نسخه) از منحنی ها برای تعیین فشارهای خارجی مجاز استفاده می کند و منحنی های محدوده پایین را که از استانداردهای PD5500 (پایینگذاران BS5500 بریتانیا) گرفته شده است، اتخاذ می کند.

GB/T 1503همچنین از روش های نموداری برای طراحی فشار بیرونی استفاده می کند، با برخی از نمودارها بر اساس داده های تجربی چینی و برخی دیگر که به بخش دوم، بخش D ASME اشاره دارند.GB/T 47323استفاده از روش های مشابه با ASME Code Case 2286-6با ضمیمه C که شامل قوانین اضافی برای محاسبه ماژول لمسی می شود، از جمله معادلات از ASME Code Case 2286-6 برای فولاد های کربن / کم آلیاژ و مدل های منحنی تنش از ASME VIII-2.

این بخش جزئیات مقایسه قوانین طراحی سر نیمه کره ای، کروی و بیضوی را در بین استانداردها، با تمرکز بر تفاوت در پارامترهای کلیدی (به عنوان مثال، ماژول لمسی،عوامل طراحی) و تاثیرات آنها.

ماژول لمسی(موجب منحنی فشارهای مواد در سطوح فشارهای خاص) به طور انتقادی بر محاسبه فشار خم شدن تاثیر می گذارد، با روش های محاسبه متفاوت در بین استانداردها.عوامل طراحی(معادلات حاشیه ایمنی) نیز متفاوت است، که منعکس کننده ملاحظات ایمنی متفاوت است.

با توجه به پیچیدگی طراحی سرهای کروی / بیضوی، برخی از استانداردها از روش های معادل برای تبدیل آنها به سرهای نیمکره ای برای محاسبه استفاده می کنند.در این بخش مزایای و محدودیت های این روش ها مقایسه می شود..

برای مقایسه های استاندارد بصری، این مقاله با استفاده از استانداردهای مختلف فشار خم شدن را برای سرهای مختلف کروی / بیضوی محاسبه می کند.نتایج متضاد با سر های نیمه کره ای معادل.

موارد مهندسی انتخاب شده نشان دهنده محاسبات ضخامت برای سر با استفاده از استانداردهای مختلف است، که کاربرد هر استاندارد و مبادلات را روشن می کند.

این بررسی جامع و تجزیه و تحلیل مقایسه ای از قوانین طراحی سر بلوند تحت فشار خارجی، مرجع مهندسی و راهنمایی های تحقیقاتی را فراهم می کند. جهت های آینده شامل:

• توسعه مدل های دقیق پیش بینی خم شدن:استفاده از تکنیک های محاسباتی و تجربی بهبود یافته برای کاهش وابستگی به KDFهای تجربی.
• مطالعه رفتار خم شدن مواد جدید:بررسی عملکرد مواد جدید تحت فشار خارجی برای کاربردهای مهندسی.
• بهینه سازی روش های طراحی:تطبیق رویکردها به کاربردهای خاص، تعادل بین ایمنی و بهره وری هزینه.