مقاله در مورد تحلیل استاتیکی و دینامیکی پایه های مخازن در ارتفاع گاز فشرده و بهینه‌سازی آنها برای شرایط طوفان و زلزله

اختصاصی از رزفایل مقاله در مورد تحلیل استاتیکی و دینامیکی پایه های مخازن در ارتفاع گاز فشرده و بهینه‌سازی آنها برای شرایط طوفان و زلزله دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

 تعداد صفحه121

بخشی از فهرست مطالب

چکیده  .............................................................................................................................................................................  1

مقدمه  .............................................................................................................................................................................  2

فصل اول : کلیات

• کلیات طراحی مخازن تحت فشار .............................................................................................................  4
• مواد مورد استفاده در ساخت مخازن .......................................................................................................  4
• جرم مخازن ....................................................................................................................................................  5
• بررسی تنش در دیواره های مخزن ...........................................................................................................  5
• نکاتی در رابطه با نرم افزار Ansys ..........................................................................................................  5

فصل دوم : تحلیل پایه های مخازن

2-1 پایه های مخازن  .................................................................................................................................................  7

2-2 شرایط پیش فرض  .............................................................................................................................................  8

2-3 استاندارد لوله های مانسمان  ............................................................................................................................  10

2-4 بارگذاری ثقلی مرده  ..........................................................................................................................................  11

2-5 بار برف  ..................................................................................................................................................................  11

2-6 بارگذاری زلزله  ....................................................................................................................................................  11

2-7 بارگذاری طوفان  .................................................................................................................................................  14

فصل سوم : آنالیز نیرویی با نرم افزار قدرتمند ansys classic

3-1 مشخصات سیستم مورد استفاده  .....................................................................................................................  18

3-2 تحلیل پایه های مدل ساده ( مدل اول )  ......................................................................................................  20

3-3 مقادیر Axial stress در المان های پایه ها  ...............................................................................................  31

3-4 مقادیر تنش های خمشی و برشی در المان های پایه ها  ..........................................................................  33

3-5 مقادیر تنش های پیچشی درالمان های پایه ها  ..........................................................................................  35

3-6 تحلیل مدل دوم پایه مخازن  ............................................................................................................................  37

3-7 مقادیر Axial stress  در المان های پایه ها  .............................................................................................  46

3-8 مقادیر تنش های خمشی و برشی در المان های پایه ها  ..........................................................................  48

3-9 مقادیر تنش های پیچشی در المان های پایه ها  ..........................................................................................  50

3-10 مقایسه بین دو مدل  ........................................................................................................................................  52

3-11  نتیجه گیری  ....................................................................................................................................................  58

فصل چهارم : بهینه سازی

4-1 فرضیات  ................................................................................................................................................................  59

4-2 محاسبات نرم افزاری بهینه سازی   ..................................................................................................................  62

4-2 محاسبات نرم افزار Ansys work bench  ...............................................................................................  67

4-3 جواب های نرم افزار  Ansys work bench  ...........................................................................................  68

نتیجه گیری ............................................................................................................................................................  106

منابع و ماخذ 

فهرست منابع فارسی  ................................................................................................................................................  107

فهرست منابع لاتین  ..................................................................................................................................................  108

سایت های اطلاع رسانی  ..........................................................................................................................................  109

فهرست اشکال

2-1پایه مخازن – مدل ساده  ....................................................................................................................................  7

2-2 پایه مخازن – مدل V  شکل  ...........................................................................................................................  7

2-3 شناسایی نوع جریان با توجه به عدد رینولدز ( جریان شناسی )  ............................................................  16

2-4 محاسبه ضریب درگ با استفاده از عدد رینولدز  .......................................................................................... 17

3-1 مشخصات المان و راستاهای اصلی ..................................................................................................................  19

3-2 المان ها و گره های مشخص شده برای نرم افزار در مدل اول ( مدل ساده )  ......................................  20

3-3 وارد کردن مقادیر نیرو به نرم افزار  .................................................................................................................  21

3-4 نتایج  Translation  المان های پایه ها در راستاهای X,Y,Z  ..............................................................  25

3-5 نتایج  Rotation  المان های پایه ها در راستاهای X,Y,Z  ....................................................................  28

3-6 المان ها و گره های مشخص شده برای نرم افزار در مدل دوم  ................................................................  38

3-7 نتایج  Translation  المان های پایه ها در راستاهای X,Y,Z  ..............................................................  40

3-8 نتایج  Rotation  المان های پایه ها در راستاهای X,Y,Z  ....................................................................  43

3-9 مقایسه Translation بین مدل اول و دوم  ...............................................................................................  54

3-10 مقایسه  Rotation  بین مدل اول و دوم  ................................................................................................  55

4-1 نمودار جرم بر حسب تکرار  ..............................................................................................................................  64

4-2 نمودار قطر بر حسب تکرار  ...............................................................................................................................  65

4-3 نمودار ضخامت بر حسب تکرار  .......................................................................................................................  66

• چکیده  :

یکی از مخازنی که به وفور مورد استفاده قرار میگیریند مخازن گاز فشرده میباشند. در این پروژه ما قصد داریم به انالیز استاتیکی و دینامیکی  پایه هایی از مخازنی که در ارتفاع نصب میشوند بپردازیم و نیز علاوه بر این قصد داریم مشخصات از مخازن را در ارتفاع داده و برای شرایط زلزله و طوفان بهینه سازی نماییم.

بدین منظور ابتدا هر دو مدل رایج پایه های مخازن فشرده گاز برای مقایسه  و بهینه سازی را در شرایط طوفان و زلزله در نظر میگیریم .  همچنین برای زلزله نیز از یکی از نمونه های زلزله واقعی که در اقیانوس هند در سال 2004 میلادی رخ داده  بهره میجوییم و با استفاده از نمودارهای لرزه نگاری مربوط به این  زلزله  نیروهای وارده بر هر یک از پایه ها را محاسبه مینماییم . ضمنا سرعت طوفان را نیز با فرض حدود صد و سی کیلومتر بر ساعت محاسبه نموده و با استفاده از فرمول های کتاب سیالات فاکس نیروی درگ وارده بر مخزن و پایه ها را محاسبه مینماییم. علاوه بر این بار ثقلی مخزن که شامل وزن سیال داخل مخزن، وزن پوسته مخزن و وزن اسکلت نگهدارنده مخزن میباشد را و همچنین بار  مرده ی مخزن را که بار برفی که روی سطح فوقانی مخزن قرار میگیرد را در نظر میگیریم.  سپس با استفاده از نرم افزار انسیس و انجام عمل مش بندی و آنالیز تنش ،‌ تنش  وارده بر هر یک از المان ها و نود های ( گره ، nod  )   موجود برای هر دو مدل میپردازیم. و بر این اساس و با کمک نرم افزار انسیس مدل برتر را در شرایط بارگذاری یکسان شناسایی میکنیم . سپس  با استفاده از نرم افزار انسیس ورک بنچ ( Ansys workbench ) به بهینه‌سازی مدل مربوطه با دیدگاه اقتصادی میپردازیم. و بدین ترتیب که حداقل قطر استاندارد پایه ها را در شرایط بارگذاری مدل شده در حالت بهینه بدست میاوریم .

• مقدمه :

مخازن تحت فشار مخازن فلزی برای نگه داری و یا انجام فرآیند های شیمیایی مایعات و یا گازها می‌باشند که توانایی مقاومت در برابر بارگذاری‌های مختلف (فشار داخلی، و یا فشار خارجی و خلا در داخل) را دارا می‌باشند. استاندارد اصلی برای طراحی این مخازن ASME Section VIII می‌باشد که توسط انجمن مهندسان‫ مکانیک آمریکا تدوین شده و هر چهار سال یکبار مورد بازنگری قرار می‌گیرد. کاربرد عمده این مخازن در صنایع نفت و گاز می‌باشد.مخازن تحت فشار به مخازنی اطلاق می گردد که به منظور انجام فرآیند بخصوص تحت فشارمعین مورد نیاز باشد. در ساخت چنین مخازنی می بایست دقت کافی به عمل آید. زیرا عدم دقت در جوشکاری، انتخاب صحیح مواد و ... منجر به انفجار مخزن می گردد. در حقیقت مخازن تحت فشار همانند یک بمب عمل نموده و فاجعه آمیز می باشد.

یک نمونه از مخازن تحت فشار

• مشخصات عمومی مخازن تحت فشار:

مخازن تحت فشارکه حاوی سیالات ( مایع یا گاز( تحت فشار بالاتر از 100 کیلو پاسکال ( یک بار) هستند. اینگونه مخازن به دو گونه Fired همچون دیگهای بخار(بویلرها ) که مخزن از طریق کوره یا مشعل گرم میشود و Unfired مثل مخازن اکسیژن و هیدروژن طبقه بندی میشوند. 

شکل اکثر مخازن تحت فشار استوانه ای یا کروی بوده که فرم استوانه ای آن با کلگی کروی یا بیضوی یا کاسه ای قابل ساخت و مونتاژ می باشد . و کلگی های کروی به دو حالت نورد گرم و سرد تولید می شوند.طبق استاندارد های مرتبط ، بعد از مشخص شدن پارامتر های اصلی یاد شده ضخامت و مشخصات هندسی و جوشکاری و جنس مواد تعیین شده با امکانات کارگاهی نیز تهیه می شود. اتصالات کنترل کننده مختلفی نیز روی مخازن تعبیه می گردد، از قبیل محل مورد نصب فشار سنج، شیر تخلیه اضطراری، ترمومتر، سطح سنج، و در صورتی که مخزن جهت کارهای پیچیده تر استفاده شود، طبعا" نیاز اتصالات مربوط به آن نیز اضافه خواهد شد.

مثالهای مختلفی از مخازن تحت فشار را در صنایع مختلف همچون برجهای تقطیر در پالایشگاههای نفت و پتروشیمی ها و همچنین مخازن راکتور هسته ای در نیروگاههای هسته ای می توان نام برد.

تغییر و افزایش فشار بسیار خطرناک میباشد و ممکن است باعث رخداد های مهلکی شود که این موضوع در تاریخ عملکرد منابع تحت فشار به وضوح مشخص می باشد.

منابع تحت فشار در زمینه های متفاوتی همچون صنعتی و خانگی استفاده دارند .برای مثال در صنعت ، این منابع برای ذخیره هوای متراکم و در مصارف خانگی برای مخازن آب در آبگرم کن ها استفاده می شود.دیگر مثال هایی برای منابع تحت فشار ،کپسول های اکسیژن، منبع ذخیره ی گاز شهری، منابع ذخیره گاز در ماشین، مخازن تحت فشار برای جدا سازی اجزای یک ماده شیمیایی و بسیار مثال های دیگر ، مثلا" در پتروشیمی و پالایشگاه ها و در معدن و راکتور های هسته ای ٬ در فضاپیماها ، ذخیره روغن های هیدرولیکی و ذخیره ی گاز هایی همچون آمونیاک و بوتان و گاز طبیعی .

• فصل اول :

• کلیات طراحی مخازن تحت فشار :

مخازن تحت فشار در کل میتوانند به هر شکلی ساخته شوند اما این فقط در تئوری میباشد اما در عمل بیشتر این مخازن به صورت کره ، استوانه و مخروط میباشد. معمول ترین روش ساخت منابع تحت فشار، ساخت آن به صورت استوانه با دو سر عدسی میباشد ، این شکل ساده ترین نوع برای آنالیز کردن مخازن را در اختیار ما قرار میدهد .در تئوری ساختن مخازن تحت فشار به صورت کره بهترین راه حل برای تحمل فشار می باشد اما متاسفانه در حین ساخت ، ساختن یک منبع به شکل کره بسیار سخت و در عین حال پر هزینه می‌باشد. بنابراین بیشتر مخازن تحت فشار استوانه ای با دو عدد عدسی به شکل بیضی در دو انتهای آن می باشد .هر چه عرض این استوانه بیشتر باشد هزینه ساخت آن بالا می رود .

• مواد مورد استفاده در ساخت مخازن :

مواد مورد استفاده در ساخت مخازن در تئوری هر ماده ای با تحمل تنش کششی بالا وخاصیت های کششی مناسب میتواند در ساخت مخازن به کار گرفته شود اما استاندارد های ساخت(ASME BPVC section II) لیستی از بهترین مواد و محدودیت دما و فشار آنها را مشخص کرده است.

بسیاری از منابع تحت فشار از آهن تشکیل شده اند که ورق های آهنی به صورت رول در آمده و به عدسی‌ها و به همدیگر جوش داده میشوند. اما این جوش ممکن است بر بسیاری از خواص آهن رول شده تاثیر منفی بگذارد مگر اینکه توجه هایی قبل از جوش کاری صورت بگیرد.

علاوه بر استحکام مکانیکی مناسب ، استاندارد های حال حاضر دنیا ، شرکت ها را موظف میکند تا از آهنی با مقاومت بالایی در مقابل ضربه استفاده شود و همچنین برای محیطها و سیالاتی که موجب خوردگی کربن استیل می شوند لازم است که از موادی با قابلیت مقاومت در برابر خوردگی استفاده کرد.

برخی از منابع تحت فشار از کمپوزیت ها ساخته شده اند مانند فیبر های کربن . با توجه به استحکام بالای فیبر کربن در برابر کشش، این نوع از مخازن تحت فشار میتوانند بسیار سبک باشند اما ساخت آن ها بسیار بسیار سخت میبا شد .برخی مواد رایج دیگر در ساخت مخازن تحت فشار پلیمر هایی مانندPET  که در کانتینر های مواد آشامیدنی استفاده میشود ، یا مس در لوله کشی های خانگی .منابع تحت فشار برای جلوگیری از خرابی می توانند با پلیمر ها  یا سرامیک ها محافظت بشوند، علاوه بر این ، این پوشش خودش میتواند میزان زیادی از فشار را تحمل کند و یک پشتیبان خوب برای لایه ی اصلی میباشد.

• جرم مخازن :

جرم مخازن با توجه به فشار و حجم مورد نظر و دمای سیال  ، می تواند تغییر کند میزان نیرو وارد بر سطح بر اساس چگالی مواد تا زمانی که این جسم بشکند یا ترک بردارد را نسبت استحکام به وزن ماده می گویند،که نسبت مهمی در تعیین نوع ماده مورد استفاده در مخازن دارد چون بالا رفتن وزن یک مخزن یک نکته اساسی در طراحی آن میباشد.

• بررسی تنش در دیواره های مخزن :

مخازن تحت فشار در مقابل فشار گاز درون آن بنا به استحکام کششی دیواره ها مقابله میکند
تنش وارد شده تعیین کننده ی قطر مخزن و ضخامت ورق استفاده شده درآن می باشد.

انتخاب نوع مخزن بسته به شرایط کاری و شرایط سرویس دهی آن فرق می کند. مخازن متداولی که وجود دارند، استوانه ای و کروی هستند که در جاهای مختلف به کار می روند. مخازن استوانه ای می توانند دارای سطح مقطع یکسان باشند یا بسته به نیاز سطح مقطع آنها تغییر کند. انواع استوانه ای در صنعت با ابعاد مخ