تعيين پاسخ مكانيكي مخازن كامپوزيتي با برش دايره اي تحت فشارهيدرواستاتيك خارجي يكنواخت

Determination of mechanical response of composite cylinders including circular cutout subjected to uniform external hydrostatic pressure

ايجاد دريچه در مخازن كامپوزيتي به دليل كاربري هاي مختلف مانند لزوم دسترسي، بازرسي، نصب قطعات، محل ورود و خروج و غيره اجتناب ناپذير است. از طرف ديگر محاسبات سازه اي مواد و ساختارهاي كامپوزيتي به خودي خود با پيچيدگي هاي خاصي همراه است و اضافه كردن هرگونه نواقص يا برش هاي سازه اي بر اين پيچيدگي ها به شدت مي افزايد. هدف از اين پژوهش، بررسي قرارگيري مخازن كامپوزيتي با سه دريچه دايره اي در فشار 30 بار است بطوري كه هيچ يك از انواع واماندگي هاي پيش رس (قبل از شكست) مانند كمانش درآن رخ ندهد. علاوه بر آن تعيين ضخامت بهينه مخزن براي تحمل اين فشار و اثر ايجاد دريچه در اين پژوهش بررسي شده است. مخازن مورد بررسي از الياف شيشه و ماتريس اپوكسي در نظر گرفته شده است. به منظور بررسي پارامترها از روش اجزاي محدود جهت تحليل وضعيت هاي مختلف استفاده شده است. در تحليل اجزاي محدود، نرم افزار آباكوس استفاده گرديد و از آناليزهاي خطي و غير خطي جهت حل مساله استفاده شد. جهت ارزيابي نتايج شبيه سازي، رفتار مكانيكي دو نمونه تست فشار خارجي مخزن تا نقطه شكست بررسي شد و نتايج آن با شبيه سازي مقايسه شد. همچنين مخزن نهايي با سه دريچه ساخته شد و تحت فشار خارجي 30 بار مورد آزمايش قرار گرفت. نتايج بدست آمده از تحليل ها نشان مي دهد، بهترين ضخامت براي تحمل اين فشار در مخزن با دريچه، 16 ميلي متر بوده و ايجاد دريچه باعث كاهش فشار كمانش مخزن مي گردد. همچنين با افزايش اندازه دريچه ميزان درصد كاهش فشار كمانش افزايش مي يابد.

Due to the necessity of access opening, inspection paths, installation, entrance and exit doors, etc, creation of cutouts on the vessel structure is unavoidable. On the other hand, composite structures and structural analysis are complex and creating cutout and imperfect structure increases this complexity. The aim of this research is to determine the mechanical response of three cutout positions on composite pressure vessels under 30 bar external pressure, so that no buckling and fracture failure occurs. Also, the optimum composite vessel thickness for this condition and cutout effect has been determined in this study. The studied vessels are made from E-Glass fiber and Epoxy matrix. Finite element simulation was used to investigate the parameters effect. For this reason, commercial ABAQUS software and linear and non-linear analysis was carried out to examine the parameters. To evaluate the simulation results, two composite vessels were manufactured and fractured under external pressure. Moreover, the final vessel with three cutouts was tested under 30 bar external pressure. The concluded results show that the optimum thickness was 16 mm for vessel with three cutouts and creating the cutouts led to decreased buckling pressure. Also, with increasing cutout size the percentage of buckling pressure increased.