تنش، نیرویی است که دو ماده ای که در مجاورت هم قرار دارند به هم وارد می کنند. یکی از مراحل اولیه در هنگام طراحی یک مخزن تحت فشار، انجام محاسبات آنالیز تنش های وارده به جدازه مخزن میباشد. در محاسبات مکانیک، تنش با حرف سیگما کوچک یونانی (σ) نشان داده می شود. محاسبات و فرمول های مخازن با جداره نازک و یا با دیواره ضخیم با همدیگر متفاوت هستند. تنش داخل یا خارج مخزن با عوامل گوناگونی مثل تغییرات دما، جاذبه زمین، باد، زلزله، وزن سیال داخل مخزن، بخارات متصاعد شده از سیال داخل مخزن و… بوجود می آید که میتوانند نتایج زیر را به دنبال داشته باشند:
- تغییر شکل پلاستیک، مومسانی یا برگشت ناپذیر مثل ترک خوردن، ترکیدگی و پارگی بدنه مخزن
- تغییر شکل الاستیک، کشسانی یا برگشت پذیر مثل حالت فنری و خم شدن ورق بدنه مخزن در هنگام وزش باد
اگر نیروی حاصل از تنش، از یک حدی (حد الاستیک یا تسلیم) بالاتر برود باعث کرنش یا تغییر شکل در ساختار مخزن می شود که خصوصا در مخازن تحت فشار و یا مخازن ذخیره سوخت میتواند منجر به بروز حوادث فاجعه بار و خسارت های مالی و جانی شود. با انجام بازرسی از مخازن میتوان قبل از بروز حادثه از احتمال آن با خبر شد و از این قبیل اتفاقات تا حد امکان جلوگیری به عمل آورد. در این مقاله سعی داریم به تفاوت در تنش مخازن جدار نازک و تنش مخازن جدار ضخیم به کمک نرم افزار ANSYS بپردازیم.
محاسبات تنش در مخازن جدار نازک
بیشتر مخازنی که برای ذخیره سیالات با فشار محیط پیرامون یا تحت فشار از آن استفاده میشود، مخازنی با جداره یا پوسته نازک میباشند. قطر این مخازن بیشتر از بیست برابر ضخامت ورق پوسته مخزن میباشند (یا ضخامت ورق جداره مخزن کمتر از یک دهم شعاع مخزن است). مهمترین خصوصیت مخازن جدار نازک این است که این مخازن تحت تاثیر تنش های طولی و عرضی هستند و تنش شعاعی بسیار کمتر از تنش های مماسی است و میتوان در محاسبات طراحی مخزن از آن صرف نظر کرد، همچنین مقدار تنش های طولی دوبرابر تنش های مماسی میباشد.
در مخازن جدار نازک حدود 5 تا 6 درصد از کل وزن مخزن، وزن جوشکاری های مخزن میباشد لذا باید همیشه در محاسبات طراحی مخزن این مقدار به وزن متریال ساخت مخزن اضافه شود. برای ساخت این مخازن باید از کد ها و استانداردهای معتبر از جمله API 650 استفاده نمود. نتیجه آنالیز تنش های مخزن جدار نازک در نرم افزار را میتوانید در زیر ببینید:
محاسبات تنش در مخازن جدار ضخیم
مخازن جدار ضخیم برای نگهداری سیالات تحت بارهای دما و فشار بسیار بالا کاربردهای زیادی در صنایع شیمیایی، هوافضا و نیروگاه های اتمی دارد. همچنین اغلب مخازن با مواد FG، مخازنی هستند با دیواره های بسیار ضخیم که توانایی تحمل تنش های دمایی و فشاری بالا را دارند و به راحتی دچار گسیختگی و یا شکست نمی شوند.
در مخازن جدار ضخیم، بر خلاف مخازن جدار نازک، دیگر نمیتوان از تنش های شعاعی صرف نظر کرد. تیم مهندسی شرکت پترو صنعت تاراز تنش های وارده بر یک مخزن جدار ضخیم را به کمک نرم افزار آنالیز کرده است که نتایج آن را میتوانید در تصاویر زیر مشاهده بفرمایید:
جهت مشاوره در مورد طراحی و ساخت انواع مختلف مخزن تحت فشار، با شماره 09133753907 تماس بگیرید
