دانلود پایان نامه ارشد : بررسی اثر حضور الگوهایی از معایب ساخت در طراحی مخازن کامپوزیتی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک

گرایش : ساخت‌و‌تولید

عنوان : بررسی اثر حضور الگوهایی از معایب ساخت در طراحی مخازن کامپوزیتی

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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

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

شکل (1-11) نمودار بار تغییر مکان محوری انتهای استوانه با نقطه حدی A، نقطه دوگانگی B و مسیر پس دوگانگی BD[5] 15

شکل (1-12) منحنی های بار تغییر مکان، بیانگر نقاط حدی و دوگانگی[5] 16

شکل (1-13) ساختار مطالعه بر روی لوله کامپوزیتی… 18

شکل (1-14) ساختار مطالعه بر روی مخزن کامپوزیتی… 19

شکل (2-1) رابطه فشار و جابجایی[11] 24

شکل (2-2) تجهیزات آزمایشگاه[11] 24

شکل (2-3) منحنی رابطه تغییرات نیرو به تغییرات جابجایی الف) مخزن [90/30±]، ب) مخزن [90/45±] و ج) مخزن [90/60±][12] 26

شکل (2-4) رابطه زاویه و فشار بحرانی کمانش در تحلیل‌های عددی[12] 26

شکل (2-5) لایه چینی مواد مرکب[13] 27

شکل (2-6) اثر بارگذاری کمانشی در نمونه مطالعاتی وو مین (الف) در طول 30 میلی‌متر (ب) درطول 60 میلی‌متر[13] 27

شکل (2-7) رابطه کمانش با نسبت قطر به ضخامت[14] 28

شکل (2-8) رابطه کمانش با نسبت طول به قطر[14] 29

شکل (2-9) نمودار تغییرات بار به جابجایی الف) مخزن [90/30±]، ب) مخزن [90/45±] و ج) [90/60±][15] 30

شکل (2-10) منحنی فشار کرنش الف) کرنش محوری ب) کرنش جانبی[16] 31

شکل (2-11) مدل شبیه‌سازی و تجربی الف) مدل سازی کمانش ب) نمای ایزومتریک از کمانش پوسته کامپوزیتی ج) نمای روبرو از کمانش پوسته کامپوزیتی[16] 31

شکل (2-12) اثر ضخامت بر تنشهای فشاری در لوله‌های رشته‌پیچی با زوایای (45±، 55± و 75±)[17] 32

شکل (2-13) منحنی تنش کرنش لوله ]75±[ الف) تنش کرنش محوری ب) تنش کرنش جانبی[17] 32

شکل (2-14) تغییرات نسبت بار کمانشی الف) ]0/45/45-/0[ ب) ]45/45-/45-/45[[18] 33

شکل (2-15) منحنی تغییرات ضخامت بر فشار کمانش[20] 34

شکل (2-16) مقایسه نتایج تعوری و تجربی الف) کرنش محوری ب) کرنش محیطی[21] 34

شکل (2-17) مقایسه آنالیز کمانش خطی وغیر خطی برای یک سازه mm195[23] 35

شکل (2-18) مقایسه نتایج بار کمانشی تجربی و شبیه‌سازی الف) برای شعاع های مختلف ب) برای طول های مختلف[23] 36

شکل (3-1) مدل سه بعدی مخزن کامپوزیتی… 41

شکل (3-2) تعریف خصوصیات مکانیکی مواد کامپوزیتی در نرم‌افزار. 42

شکل (3-3) تعیین المان در مدل سازی مواد کامپوزیتی در نرم‌افزار. 42

شکل (3-4) زاویه چینی و تعیین خصوصیات هر لایه در مدل سازی مواد کامپوزیت در نرم‌افزار. 43

شکل (3-5) تعیین مختصات و قرارگیری زاویه‌ لایه‌های [54±] 43

شکل (3-6) اعمال بارگذاری و شرایط مرزی در مدل.. 45

شکل (3-7) همگرایی مش در لوله کامپوزیتی… 46

شکل (3-8) نتایج بدست آمده از شبیه‌سازی مخزن کامپوزیتی… 47

شکل (4-1) نمونه‌های مطالعاتی در این پژوهش الف) لوله کامپوزیتی ب) مخزن کامپوزیتی… 50

شکل (4-2) درپوش‌های ارتالون استفاده شده در لوله کامپوزیتی… 51

شکل (4-3) درپوش فلزی. الف) درپوش و واشر آب‌بندی ب) درپوش تقویت شده با شمش آهنی… 52

شکل (4-4) مخزن تست. الف) مخزن تست و شیر ورودی گاز ازت ب) فشار سنج و شیر خروجی گاز ازت   53

شکل (4-5) کپسول گاز ازت… 54

شکل (4-6) قرار گیری لوله کامپوزیتی در مخزن تست…. 55

شکل (4-7) نحوه قرار گیری مخزن کامپوزیتی در مخزن تست…. 56

شکل (5-1) نمودار فشار جابجایی در لوله کامپوزیتی… 60

شکل (5-2) کمانش لوله کامپوزیتی پس از انجام آزمایش….. 61

شکل (5-3) لوله کامپوزیتی تحت فشار خارجی هیدرواستاتیک….. 61

شکل (5-4) لوله کامپوزیتی شبیه‌سازی شده با المان محدود. 62

شکل (5-5) نمودار فشار جابجایی در مخزن کامپوزیتی با استفاده از شبیه‌سازی… 63

شکل (5-6) کرنش‌های طولی و جانبی در مخزن کامپوزیتی به کمک شبیه‌سازی… 64

شکل (5-7) مخزن کامپوزیتی پس از آزمون فشار خارجی هیدرواستاتیک 3 مگاپاسکال.. 64

شکل (5-8) مخزن کامپوزیتی بعد از اعمال فشار خارجی هیدرواستاتیک 3 مگاپاسکال.. 65

شکل (5-9) مخزن کامپوزیتی تحت فشار خارجی هیدرواستاتیک 5 مگاپاسکال.. 65

شکل (5-10) اثر خطای زاویه در نمودار فشار جابجایی به کمک نرم‌افزار شبیه‌سازی… 66

شکل (5-11) اثر خطای درصد حجمی در نمودار فشار جابجایی به کمک شبیه‌سازی… 67

شکل (5-12) اثر زاویه در فشار بحرانی کمانش….. 68

شکل (5-13) اثر درصد حجمی بر کمانش مخازن کامپوزیتی به کمک شبیه‌سازی… 69

شکل (5-14) اثر خطای زاویه رشته‌پیچی در مخازن [30±] برحسب نسبت طول به قطر. 70

شکل (5-15) اثر خطای زاویه رشته‌پیچی در مخازن [30±] برحسب نسبت قطر به ضخامت…. 70

شکل (5-16) اثر خطای زاویه رشته‌پیچی در مخازن [45±] برحسب نسبت طول به قطر. 71

شکل (5-17) اثر خطای زاویه رشته‌پیچی در مخازن [45±] برحسب نسبت قطر به ضخامت…. 71

شکل (5-18) اثر خطای زاویه رشته‌پیچی در مخازن [60±] برحسب نسبت طول به قطر. 72

شکل (5-19) اثر خطای زاویه رشته‌پیچی [60±] برحسب نسبت قطر به ضخامت…. 73

شکل (5-20) شبیه‌سازی مخازن کامپوزیتی الف) مخزن کامپوزیتی با لایه‌چینی [30±] بر حسب نسبت طول به قطر 4 و قطر به ضخامت 50 ب) مخزن کامپوزیتی با لایه‌چینی مخزن کامپوزیتی با لایه‌چینی [45±] بر حسب نسبت طول به قطر 4 و قطر به ضخامت 50 ج) مخزن کامپوزیتی با لایه‌چینی [60±] بر حسب نسبت طول به قطر 4 و قطر به ضخامت 50.. 74

 


فهرست جدول ها

جدول (1-1) خواص الیاف شیشه و رزین اپوکسی [4] 5

جدول (1-2) مزایا و معایب فرآیند رشته‌پیچی[6] 8

جدول (1-3) شماتیک الگوهای پیچیش لوله‌ها و مخازن کامپوزیتی… 13

جدول (2-1) نتایج بدست آمده از تست مخزن کامپوزیتی کربن اپوکسی[10] 22

جدول (2-2) نتایج بدست آمده از تست مخزن کامپوزیتی شیشه اپوکسی[10] 23

جدول (2-3) نتایج بدست آمده از کمانش در نرم‌افزار اجزای محدود کمانش[11] 23

جدول (2-4) نتایج مطالعه حل عددی و نمونه تجربی مخزن کربن اپوکسی[12] 25

جدول (2-5) نتایج آزمون تجربی و کرنش سنج بر روی لایه چینی‌های مختلف[15] 30

جدول (2-6) نتایج مطالعه لیو و همکارانش[24] 36

جدول (4-1) خصوصیات مکانیکی لوله کامپوزیتی… 51

جدول (4-2) خصوصیات مکانیکی مخزن کامپوزیتی… 52

جدول (4-3) اعمال فشار سیال بر لوله کامپوزیتی… 55

جدول (4-4) اعمال فشار سیال بر مخزن کامپوزیتی… 56

جدول (5-1) نتایج آزمون تجربی و شبیه‌سازی اجزای محدود. 59

جدول (6-1) اثر خطای زاویه در نسبت طول به قطرهای (5/0 ، 1، 2، 4) 77

جدول (6-2) اثر خطای زاویه در مخازن با نسبت قطر به ضخامت‌های (10، 15، 25، 50) 77

  • مقدمه

لوله‌ها و مخازن کامپوزیتی از تولیدات مهم صنایع هوایی، دریایی و پالایشگاه‌ها محسوب می‌شوند و فرآیند رشته‌پیچی از مناسب‌ترین روش‌ها در تولید آن‌ها به شمار می‌آید. در قطعات ساخته شده به روش رشته‌پیچی، تحت بارگذاری‌های خارجی سبب کمانش شده که در تخریب و کاهش عمر سازه اثر گذار است. در این پایان نامه، مطالعه ای بر معایب ساخت دستگاه پیچش الیافی صورت گرفته که قادر به تولید مخازنی تا قطرهای 4 متر و طول‌های 12 متر می‌باشد. قسمت عمده این عیوب در فرآیند رشته‌پیچی بر روی دستگاه پیچش الیاف تمرکز دارد.

  • نگاهی به کامپوزیت‌ها

کامپوزیت[1] به معنی ماده مرکب و  مواد کامپوزیتی به معنی مواد مرکب می‌باشد. ماده مرکب از ترکیب چندین ماده با ویژگی ها و خصوصیات مختلف بوجود می‌آید. مطالعه تاریخ نشان می‌دهد که اولین بار ساخت مواد مرکب توسط بشر، در دوره پارسنگی[2] می‌باشد و همچنین حدود  5000 سال قبل از میلاد مسیح در خاورمیانه از پلیمر برای قیراندود کردن قایق ها استفاده شده است. اما مهمترین تحولات در مواد مرکب بین سالهای 1847 تا 1946 اتفاق افتاد که دانشمندان مفهوم جدیدی از آن ارایه کردند[1].

تا قبل از ورود کامپوزیت به صنعت، فلزات و آلیاژهای آن‌ها مورد توجه صنایع فضایی و دریایی بودند اما امروزه بخش مهمی از این صنایع به آن‌ها وابسته ‌است. آلیاژ ها نمونه ای از مواد مرکب هستند منتها از ترکیب مواد در مقیاس میکروسکوپی بوجود می‌آیند، آلیاژهای فلزی در مقیاس ماکروسکوپی، بعنوان یک ماده هموژن فرض می‌شوند. مقیاس ماکروسکوپی یعنی هر کدام از مواد تشکیل دهنده ماده پس از ترکیب، با چشم غیر مسلح دیده می‌شوند. شکل (1-1) ترکیب تقویت کننده و زمینه را نشان می‌دهد[2].

در صنایع مکانیک ماده کامپوزیت به مفهوم ترکیب دو جزء تقویت کننده[3] و زمینه[4] می‌باشد. هر جزء متحمل وظیفه ای است که جزء اصلی یا تقویت کننده، وظیفه تحمل نیرو را دارد و در واقع خصوصیات اصلی کامپوزیت به این جزء وابسته است. جزء دیگر، زمینه نام دارد که پایه کامپوزیت است و وظیفه اصلی آن انتقال و تقسیم نیرو می‌باشد[2]. در شکل (1-2) خصوصیات مکانیکی الیاف و رزین و ترکیب این دو ماده را نشان می‌دهد.

تعداد صفحه : 91

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09361998026        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید