تحليل تجربي و عددي اثر عمق شيار و تخمين فشار پارگي در ديافراگم‌هاي پاره شونده

Experimental and Numerical Analysis of Groove Depth Effect and Estimation of Burst Pressure in Rupture Discs

ديافراگم‌هاي پاره شونده به عنوان شير سريع العمل در پرتابگرهاي گازي براي مطالعه مسايل برخورد و نفوذ و در تونل‌‌ شاك براي مطالعه اثرات موج انفجار روي هدف مورد نظر به طور گسترده‌ استفاده مي‌شوند. در طراحي اين نوع ديافراگم‌ها، تخمين فشار پارگي از مشخصات مادي و هندسي، يك عامل مهم و اساسي است. در اين مقاله، با هدف طراحي ديافراگم‌هاي آلومينيمي مورد نظر در پرتابگر گازي موجود، ابتدا تيوري حاكم بر ناپايداري در ديافراگم‌هاي بدون شيار و شياردار بررسي شده و فرآيند پارگي ديافراگم به كمك نرم افزارهاي ANSYS و LS-DYNA شبيه سازي شده است. به علاوه، سامانه اي براي آزمايش ديافراگم‌هاي با عمق شيار 3/0 تا 7/1 ميلي-متر ساخته شده و با انجام آزمايش‌هاي تجربي و اندازه‌گيري فشار پارگي، رابطه تجربي فشار پارگي بر حسب عمق شيار ديافراگم به دست آمده است. در پايان، براي ديافراگم‌هاي شياردار رابطه‌اي تحليلي-تجربي ارايه شده كه مي‌تواند فشار پارگي را برحسب مقادير مقاومت نهايي، قطر ديافراگم و ضخامت شيار با تقريب مناسبي تخمين بزند.

Rupture discs are used as high speed valves in gas guns and shock tunnels. In this article, grooved rupture discs are studied numerically as well as experimentally in order to design an aluminum diaphragm to be used in a gas gun. Instability and rupture of discs are the main concern of this paper. ANSYS and LS-DYNA have been used in order to simulate deformation and rupture phenomena. Several diaphragms were constructed and tested in order to empirically determine rupture pressure. Several diaphragms with 0.3-1.7mm defect depth were made and their rupture pressures were obtained experimentally and then an impirical relation was developed. Finally, a semi-empirical relation was developed for grooved diaphragm, which was delivered from approximate burst pressure versus ultimate stress, diaphragm diameter, and groove thickness.