اثر وصله‌ی کامپوزیتی برضریب شدت تنش ترک شبه بیضوی در مخزن تحت فشارکروی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده نفت آبادان، دانشگاه صنعت نفت، آبادان، ایران

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده نفت آبادان، دانشگاه صنعت نفت، آبادان، ایران

چکیده

هدف از این مقاله بررسی اثر وصله­ی کامپوزیتی بر ضریب شدت تنش (SIF) ترک شبه بیضوی داخلی و خارجی واقع در مخزن تحت فشار کروی است. وصله­ی­ کامپوزیتی فقط در اطراف ترک پیچیده شده است. تجزیه و تحلیل سه بعدی با استفاده از روش المان محدود (FEM) انجام شده­است. زبان طراحی پارامتری  ANSYS (APDL) به منظور تسهیل در مدل­سازی ترک شبه بیضوی در مخزن تحت فشار کروی مورد استفاده قرارگرفته­است. با استفاده از این کد اثر پارامترهایی مانند هندسه ترک ( نسبت عمق ترک به ضخات مخزن و نسبت عمق ترک به نصف طول ترک)، نسبت ضخامت کامپوزیت به ضخامت مخزن و نسبت پهنای وصله­ی کامپوزیتی به نصف طول ترک وجنس ماده­ی کامپوزیت روی مقادیر ضریب شدت تنش ، به تفصیل مورد بررسی و بحث قرار گرفته­است. نتایج نشان می­دهد که وصله­ی کامپوزیتی منجر به کاهش قابل توجهی در ضرایب شدت تنش در نوک ترک می­شود. همچنین می­توان نتیجه گرفت که وصله­ی کامپوزیتی برای ترک عمیق­تر و باریک­تر اثر بیشتری دارد. به علاوه، وصله­ی کامپوزیتی در کاهش ضریب شدت تنش ترک خارجی در مقایسه­ با ترک داخلی ، موثرتر می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII, Division 1, Rules for Construction of Pressure Vessels. American Society of Mechanical Engineers, New York, 2013.
[2]  Hearn E.J., Mechanics of Materials 2: The mechanics of elastic and plastic deformation of solids and structural materials. Butterworth-Heinemann, 1997.
[3]  Nilsen K., Development of low pressure filter testing vessel and analysis of electrospun nanofiber membranes for water treatment. Wichita State University, 2011.
[4]  Perl M. and Bernshtein V., 3-D stress intensity factors for arrays of inner radial lunular or crescentic cracks in a typical spherical pressure vessel. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 77, No.3, pp. 535-548, 2010.
[5]  McLaughlan, P.B., et al., Composite overwrapped pressure vessels: a primer. National Aeronautics and Space Administration, Johnson Space Center, 2011.
[6]  Baker A. and Jones R., Bonded repair of aircraft structures, Martinus Nijhoff, Dordrecht, 1988.
[7]  Kaddouri K., Ouinas D. and Bouiadjra B.B, FE analysis of the behaviour of octagonal bonded composite repair in aircraft structures, Computational materials science, Vol. 43, No.4, pp. 1109-1111, 2008
[8]  Raju I. and Newman J., Stress-intensity factors for internal and external surface cracks in cylindrical vessels, Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 104, No.4, pp. 293-298, 1982
[9]  Shahani A. and Nabavi S., Closed form stress intensity factors for a semi-elliptical crack in a thick-walled cylinder under thermal stress, International Journal of Fatigue, Vol. 28, No.8, pp. 926-933, 2006
[10]             Nabavi S. and Shahani A., Calculation of stress intensity factors for a longitudinal semi‐elliptical crack in a finite‐length thick‐walled cylinder, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, Vol. 31, No.1, pp. 85-94, 2008.
[11]             Shahani A. and Habibi S., Stress intensity factors in a hollow cylinder containing a circumferential semi-elliptical crack subjected to combined loading, International Journal of Fatigue, Vol. 29, No.1, pp. 128-140, 2007.
[12]             Miura N., et al., Comparison of stress intensity factor solutions for cylinders with axial and circumferential cracks, Nuclear Engineering and Design, Vol. 238, No.2, pp. 423-434, 2008.
[13]             Aydin L. and Artem H.S.A., Axisymmetric crack problem of thick-walled cylinder with loadings on crack surfaces, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 75, No.6, pp. 1294-1309, 2008.
[14]             Chao Y. J. and Chen H., Stress intensity factors for complete internal and external cracks in spherical shells,International journal of pressure vessels and piping, Vol. 40, No.4, pp. 315-326, 1989.
[15]             El Hakimi, A., Le Grognec P. and Hariri S., Numerical and analytical study of severity of cracks in cylindrical and spherical shells, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 75, No.5, pp. 1027-1044, 2008.
[16]             Perl, M. and Bernshtein, V., 3-D stress intensity factors for arrays of inner radial lunular or crescentic cracks in thin and thick spherical pressure vessels, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 78, No.7, pp. 1466-1477, 2011.
[17]             Baker A., Bonded repair of aircraft structures. Vol. 7. Springer Science & Business Media, 2012.
[18]             Benyahia F., Albedah A. and Bouiadjra B.B., Stress intensity factor for repaired circumferential cracks in pipe with bonded composite wrap. Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 136, No.4, pp. 041201, 2014.
[19]             Su B. and Bhuyan G., Effect of composite wrapping on the fracture behavior of the steel-lined hoop-wrapped cylinders, International journal of pressure vessels and piping, Vol. 75, No.13, pp. 931-937, 1998.
[20]             Shahani A. and Kheirikhah M., Stress intensity factor calculation of steel-lined hoop-wrapped cylinders with internal semi-elliptical circumferential crack, Engineering fracture mechanics, Vol. 74, No.13, pp.2004-2013, 2007.
[21]             Chen, J. and Pan, H., Stress intensity factor of semi-elliptical surface crack in a cylinder with hoop wrapped composite layer, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 110, pp.77-81, 2013.
[22]             Committee, A.I.H., Engineered Materials Handbook: Adhesives and Sealants. Vol. 3. CRC. 1990.
[23]             API, A. 579-1/ASME FFS-1: Fitness-for-Service. American Society of Mechanical Engineers. 2007.
[24]             ANSYS 16.0, FE program package, ANSYS Inc. 2016.