بررسی استحکام تقویت کننده های یک پوسته استوانه ای تحت فشار خارجی

مخازن تحت فشار خارجی از جمله سازه های پر کاربرد در صنایع زیر سطحی می باشد. از جمله کاربرد های آن می توان به بدنه فشار زیردریایی ها و اژدر ها اشاره کرد. عامل اصلی در تخریب بدنه های فشار وقوع کمانش می باشد و طراحی بدنه های فشار عمدتا بر پایه جلوگیری از وقوع کمانش می باشد. جهت افزایش نسبت استحکام به وزن در بدنه های فشار از تقویت کننده ها استفاده می شود. به طور معمول تقویت کننده ها به صورت رینگ های حلقوی می باشند که با فواصل معین در داخل بدنه فشار قرار گرفته اند. در این تحقیق به بررسی انواع دیگری از تقویت کننده ها پرداخته می شود. ایده استفاده از لوله جهت تقویت پوسته را اولین بار هریس در نامه ای به راس مطرح کرد. او پیشنهاد داد که از لوله در جهت محوری پوسته جهت تقویت آن استفاده شود و متذکر شد که با استفاده از این روش استحکام پوسته به نحو چشم گیری افزایش می یابد. راس در همان سال به نامه او پاسخ داد و پیشنهاد داد که این لوله ها به صورت محیطی قرار گیرند که در این صورت باز استحکام پوسته افزایش خواهد یافت. همچنین راس پیشنهاد داد که جهت افزایش بیشتر استحکام پوسته این لوله های حلقوی خودشان تحت فشار داخلی قرار بگیرند. در این راستا او آزمایشی را انجام داد و در طی آن یک پوسته نیمه بیضوی را تحت فشار خارجی آب قرار داد و در حالات بدون تقویت کننده، با تقویت کننده تیوپی و با تقویت کننده تیوپی تحت فشار داخلی فشارهای کمانش را محاسبه و با هم مقایسه کرد. در این تحقیق به بررسی استحکام تقویت کننده های تیوپی، تقویت کننده های تیوپی تحت فشار داخلی و تقویت کننده های تیوپی مارپیچ پرداخته می شود. جهت بررسی استحکام تقویت کننده های تیوپی، تیوپ ها در 9 دسته مدل شده اند که هر دسته معرف نسبت مشخصی از شعاع پوسته به شعاع سطح مقطع تیوپ می باشد. هر دسته نیز از حیث ضخامت به 6 حالت تقسیم می شود که هر حالت معرف نسبت معینی از شعاع سطح مقطع تیوپ به ضخامت آن می باشد. تیوپ ها در نرم افزار آباکوس مدل شده و در سه حالت خطی، غیر خطی هندسی و غیر خطی هندسی- مادی جهت محاسبه بار کمانش مورد تحلیل قرار گرفته اند. تحلیل حالت خطی با استفاده از تحلیل buckle و حالت غیر خطی با استفاده از تحلیل static, riks انجام شده است. سپس نتایج با استفاده از نمودار lpf (ضریب بار بر حسب طول کمان) در قالب نمودار های فشار کمانش بر حسب نسبت m/l ترسیم شده اند. با بررسی نمودارهای فوق که برای هر 9 دسته مزبور ترسیم شده اند، متوجه تفاوت رفتار تیوپ ها در دو حالت کمانش موضعی و کلی می شویم. ضمنا با مقایسه مقادیر فشار کمانش در حالات خطی، غیر خطی هندسی و غیر خطی هندسی- مادی میزان تاثیر غیر خطی های هندسی و مادی در کاهش فشار کمانش مورد بررسی قرار گرفته اند. در مرحله بعدی برای 5 دسته از 9 دسته فوق، رینگ های معادل تیوپ ها مدل شده و همچون تیوپ ها مورد تحلیل قرار گرفته اند. سپس با استفاده از نمودارهای فشار کمانش بر حسب نسبت m/l کارآمدی تیوپ و رینگ معادل آن مورد مقایسه قرار گرفته است. در مرحله بعد به تیوپ ها فشار داخلی اعمال شده است و با مقایسه با حالت بدون اعمال فشار داخلی میزان تاثیر اعمال فشار داخلی به تیوپ ها در افزایش فشار کمانش مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان نیز برای 3 دسته از تیوپ ها معادل مارپیچ آن ها مدل شده و مورد تحلیل قرار گرفته و مورد مقایسه قرار گرفته اند.