دانشگاه صنعتی بابل

دانشکده مکانیک

 

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی مکانیک گرایش ساخت‌و‌تولید

 

بررسی اثر حضور الگوهایی از معایب ساخت در طراحی مخازن کامپوزیتی

 

استاد راهنما:

دکتر مجید الیاسی

 

استاد مشاور:

دکتر محمود ذبیح پور

 

بهمن1393

 

چکیده

در چند دهه اخیر، استفاده از مواد مرکب به دلیل داشتن خواصی ویژه از جمله سفتی و استحکام ویژه بالا، در صنایع مختلف روندی رو به رشد را داشته است. اخیرا لوله‌ها و مخازن کامپوزیتی یکی از تولیدات مهم صنایع هوایی، دریایی و پالایشگاه‌ها می‌باشند و تا به امروز فرآیند رشته‌پیچی مناسب‌ترین روش در تولید آن‌ها محسوب می‌شود.

عمده عیوب ایجاد شده در فرآیند رشته‌پیچی شامل خطای زاویه الیاف و عدم یکنواختی در توزیع رزین (درصد حجمی الیاف) می‌باشد. این عیوب بر رفتار مکانیکی قطعات تولید شده تاثیر یسزایی می‌گذارد. در نتیجه در این پژوهش به بررسی تاثیر خطای زاویه الیاف و عدم یکنواختی در توزیع رزین بر رفتار کمانشی لوله و مخازن کامپوزیتی تحت فشار خارجی هیدرواستاتیک یکنواخت پرداخته شده است.

ساخت دستگاه در دقت‌های بالا، مشمول صرف هزینه‌های بسیار بالا می‌باشد که ابتدا باید پاسخی برای سوال “چه میزان دقت لازم است؟” پیدا کرد. در این پژوهش، کمانش لوله و مخزن کامپوزیتی تحت فشار خارجی به صورت تجربی و شبیه‌سازی اجزای محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا از لوله و مخزن کامپوزیتی به قطرهای 150 و 500 میلی‌متر و طول 5_/1متر از جنس E-glass/Epoxy استفاده شده است. تاثیر خطای زاویه الیاف و درصد حجمی الیاف بر رفتار کمانشی این قطعات مورد مطالعه قرار گرفت.

در بررسی خطای زاویه، بیشترین اثر خطا در لایه چینی [30±] دیده شد و کمترین اثر خطا در لایه چینی [60±] مشاهده شد. اثر خطای (5±) درجه در دستگاه‌ پیچش الیاف سبب اختلاف 10 درصدی در فشار کمانشی مخزن می‌شود. در لوله‌ها و مخازن تولید شده با نسبت طول به قطر 4 اثر خطا سبب می‌شود فشار کمانشی تا 12 درصد کاهش یابد و همچنین در نسبت قطر به ضخامت 50 باعث می‌شود فشار کمانشی تا 37 درصد کاهش یابد.

 

 

واژه‌های کلیدی: کمانش مخزن و لوله کامپوزیتی، دستگاه پیچش الیاف، فرآیند رشته‌پیچی، خطای زاویه و درصد حجمی الیاف

فهرست مطالب

فصل 1: مقدمه  1

1-1 مقدمه. 2

1-2 نگاهی به کامپوزیت‌ها 2

1-3 پوسته‌های کامپوزیتی… 5

1-4 فرآیند رشته‌پیچی… 6

1-4-1 رشته‌پیچی مرطوب… 9

1-4-2رشته‌پیچی خشک….. 10

1-5 خطاهای ساختی… 10

1-6 الگوهای رشته‌پیچی… 12

1-6-1 رشته‌پیچی محیطی… 12

1-6-2 رشته‌پیچی مارپیچی… 12

1-6-3 رشته‌پیچی قطبی… 13

1-7 کمانش پوسته‌های کامپوزیتی… 14

1-8 اهداف پژوهش….. 17

فصل 2: مروری بر منابع   20

2-1 مقدمه. 21

2-2 پژوهش های انجام شده پیرامون کمانش پوسته های استوانه‌ای کامپوزیتی… 22

فصل 3: مراحل شبیه‌سازی   37

3-1 مقدمه. 38

3-2 معرفی نرم‌افزار شیبه سازی… 38

3-3 تحلیل المان محدود مخزن کامپوزیتی در نرم‌افزار آباکوس…. 39

3-3-1 ایجاد مدل هندسی قطعات در محیط ترسیم.. 40

3-3-2 تعریف مشخصات ماده در محیط تعریف خواص ماده. 41

3-3-3 مونتاژ قطعات در محیط مونتاژ. 44

3-3-4 تعریف مراحل انجام تحلیل در محیط گام. 44

3-3-5 تعریف برهم کنش‌ها در محیط تماس…. 44

3-3-6 تعریف بارگذاری و شرایط مرزی در محیط بارگذاری… 45

3-3-7 تحلیل المان بندی روی مخزن در محیط شبکه بندی… 45

3-3-8 تحلیل فرآیند در محیط تحلیل.. 47

3-3-9 مشاهده نتایج تحلیل در محیط نتایج… 47

3-4 فرضیات پژوهش….. 48

فصل 4: مراحل آزمایشگاهی   49

4-1 مقدمه. 50

4-2 ساخت لوله و مخزن کامپوزیتی… 50

4-2-1 خصوصیات لوله کامپوزیتی… 51

4-2-2 خصوصیات مخزن کامپوزیتی… 51

4-3 تست فشار خارجی هیدرواستاتیک….. 52

4-3-1 مخزن تحت فشار. 53

4-3-2 کپسول گاز ازت… 53

4-4 مراحل آزمایشگاهی… 54

4-5 جمع بندی… 57

فصل 5: نتایج   58

5-1 مقدمه. 59

5-2 نتایج آزمون فشار خارجی هیدرواستاتیک….. 59

5-2-1 بررسی کمانش در لوله کامپوزیتی… 60

5-2-2 بررسی کمانش در مخزن کامپوزیتی… 62

5-3 اثر خطای ساختی در مخزن مورد مطالعه با کمک شبیه‌سازی… 65

5-3-1 اثر خطای زاویه در کمانش مخزن کامپوزیتی… 66

5-3-2 اثر خطای درصد حجمی در کمانش مخزن کامپوزیتی… 66

5-4 اثر زاویه در کمانش مخازن کامپوزیتی… 67

5-5 اثر درصد حجمی بر کمانش مخازن کامپوزیتی… 68

5-6 اثر معایب ساخت در طول‌ها و قطرهای مختلف…. 69

5-6-2 اثر خطای زاویه در کمانش مخازن 45±  رشته‌پیچی شده. 70

5-6-3 اثر خطای زاویه در کمانش مخازن 60±  رشته‌پیچی شده. 72

فصل 6: نتیجه گیری و پیشنهادات   75

6-1 مقدمه. 76

6-2 نتیجه گیری… 76

6-3 پیشنهادات… 78

مراجع   79

 

 

فهرست شکل ها

شکل (1-1) شکل‌های مختلف مواد مرکب[3] 3

شکل (1-2) خصوصیات مکانیکی کامپوزیت و اجزای تشکیل دهنده آن[3] 3

شکل (1-3) انواع آرایش تقویت کننده در کامپوزیت[3]. الف) تقویت کننده ذره ای ب) تقویت کننده با الیاف و ویسکرز ج) تقویت کننده با الیاف پیوسته. 4

شکل (1-4) طرح کلی از تولید یک مخزن کامپوزیتی… 6

شکل (1-5) دستگاه پیچش الیاف[6] 7

شکل (1-6) انواع قطعات تولید شده با دستگاه پیچش الیاف[7] 8

شکل (1-7) انواع بستر رزین الف) نوع غلتکی، ب) نوع غوطه‌وری[6] 9

شکل (1-8) نمای شماتیک خطای دستگاه رشته‌پیچی با 5 درجه خطا 11

شکل (1-9) بررسی خطای زاویه در حین فرآیند ساخت[7] 11

شکل (1-10) خطای درصد حجمی در حین فرآیند ساخت[9] 11

براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد 

نظرات شما عزیزان: