رفتن به مطلب
EN-EZEL

استحکام بدنه فشار زیردریایی

پست های پیشنهاد شده

(تنش طولی)

untitled-6.jpg

(تنش‌های غشایی محیطی)

untitled-7.jpg

 

از آنجا که تنش محیطی دو برابر تنش طولی است، در صورت افزایش فشار داخلی، شکست استوانه‌ای با تسلیم محیطی آغاز می‌شود و این زمانی رخ می‌دهد که تنش محیطی(sc)به استحکام تسلیم ماده پوسته بدنه(sy) نزدیک می‌شود. معمولاً فشار وارده به هنگام تسلیم اولیه به عنوان «فشار بویلر» شناخته می‌شود:

untitled-8.jpg

۳-۴) نسبت untitled-9.jpg یک کمیت مناسبی را برای استوانه تقویت نشده کوتاه برای بررسی کمانش الاستیک نسبت به استحکام تسلیم بالقوه آن، فراهم می‌کند. این نسبت بویژه برای فهم اینکه چرا از فریم‌های حلقوی برای تقویت استوانه در برابر فشار خارجی استفاده می‌شود، بکار می‌رود. هرچند که صلبیت یک فریم حلقوی به صورت شعاعی کمتر از یک دیواره، می‌باشد، فرمول وُن میسز با تقریب خوبی می‌تواند فشاری را که باعث کمانش الاستیک پوسته بین دو فریم حلقوی مجاور می‌شود، نشان دهد. عموماً در بدنه فشار زیردریایی، فاصله بین دو فریم در طول بدنه بسیار اندک است و بنابراین مد اول کمانش الاستیک به صورت تاول­هایی (موج­های محیطی) اتفاق می­افتد و مقادیر مربوطه Pm نسبتاً بزرگ است. این امکان وجود دارد که فشار انهدام (از هم گسیختگی) بین دو فریم را تا حدود ۱۰ درصد Pb افزایش داد و این کار با بررسی وزن فریم‌های تقویت کننده حلقوی بدنه فشار امکانپذیر است. فرمول Pm شامل مدول الاستیسیته مواد پوسته­ای، شعاع و ضخامت صفحات پوسته و فاصله فریم‌های حلقوی می‌باشد اما شامل اندازه فریم نمی‌باشد و می‌توان با اعمال تغییرات روی این عوامل، Pm را تحت تأثیر قرار داد.

 

۴-۴) قبل از شروع به توضیح اینکه چگونه می‌توان به نتایج بهتری در افزایش فشار انهدام بین دو فریم مجاور رسید، یک مرحله به عقب بر می‌گردیم، خیلی قبل از اینکه طراحی بدنه فشار زیردریایی و ارزیابی فشارهای انهدام بین دو فریم به روشهای علمی و بوسیله کامپیوتر انجام شود. متخصصان سازه‌ای زیردریایی نیازمند وسایلی برای بررسی اثرات اعوجاج به هنگام مونتاژ بدنه و تنش‌های پسماند بوسیله روشهای تئوری آنالیز بودند که ضرورتاً چنین اثراتی را باید در نظر می­گرفتند. روش طبیعی آن, استفاده از مدلهای آزمایشی سازه‌ای با هندسه مناسب بود که تحت فشار هیدرواستاتیک قرار می‌گرفت, یعنی این کار به صورت تجربی انجام می‌شد. برای بررسی انهدام پوسته بین دو فریم، مدلهای نسبتاً کوتاه بودند و در دو انتها تقویت شده بودند تا از شکست ناشی از تنش‌های طولی پرهیز شود. پس از سالها، نتایج آزمایشات مستقل روی بسیاری از مدلها از کشورهای مختلف و با شکل‌های هندسی متفاوت بررسی شده است تا بتوان به کمک پارامترهای بی­بعد به نتایج سودمندی برای فراهم کردن یک شکل مناسب که مورد استفاده طراحان قرار گیرد، دست یافت.

 

 

-۴)برای برخی طرح­های قدیمی بدنه، انهدام پوسته بین دو فریم که براساس داده‌های تجربی و به صورت بی­بعد بدست آمده است، در شکل (۱-۴-A) نشان داده شده است. برای هر مدل آزمایش شده، فشار Pc که باعث بروز انهدام می‌شود، ذکر شده است. مقادیر Pb و Pm از شکل هندسی و استحکام تسلیم مدل محاسبه می‌شود و نتیجه این آزمایش روی نموداری ترسیم می‌شود که نسبت‌های untitled-10.jpgو untitled-91.jpgرا ارزیابی کرده است. همچنین روی نمودار (۱-۴-A) دو خط نشان داده شده است؛ یک خط شیب‌دار که از ناحیه­ای می‌گذرد کهuntitled-11.jpgو یک خط افقی در ارتفاع ۱=untitled-12.jpg.این دو را می‌توان به عنوان «خط مجانب» در نظر گرفت که نتایج آزمایش انهدام پوسته روی مدلهای با شکل هندسی نهایی را نشان می‌دهند. در امتداد خط مورب, Pc = Pm می‌باشد چرا که در این ناحیه فریم‌های حلقوی برای پرهیز از شکست بوسیله کمانش الاستیک پوسته بین فریم‌ها، بسیار عریض هستند. یک بدنه فشار با آن شکل هندسی می‌تواند از نظر سازه‌ای بازدهی چندانی نداشته باشد که مقادیر کوچک untitled-92.jpgنشانگرآن است. در امتداد خط افقی، Pc = Pb می‌باشد چرا که فریم‌های حلقوی به اندازه کافی نزدیک یکدیگر هستند تا از شکست بوسیله کمانش الاستیک پوسته بین فریم‌ها پرهیز شود. شکست در این ناحیه، می‌تواند ناشی از تنش‌های غشایی پوسته باشد که به استحکام تسلیم مواد نزدیک شده است و لذا از نظر سازه‌ای کاملاً بازدهی خوبی دارد.

untitled-13.jpg

 

(شکل ۱-۴-A) نمودار تجربی نتایج تست‌های فشار مدل

 

۶-۴) چندین مشخصه مهم را از این اطلاعات تجربی که بدین طریق ارائه شده است، می‌توان استخراج کرد. مدلهای بدنه فشار با مقادیر نسبتاً کوچک untitled-93.jpgدارای فشار انهدامی هستند که به صورت پراکنده و متفرق روی نمودار نشان داده می‌شود، زیرا در مرحله ساخت, خطاهای هندسی در ساخت وجود دارد؛ به عبارت دیگر، تقارب خط مجانب افقی در مقادیر نسبتاً بزرگ untitled-94.jpgمناسب است, چرا که مدلهای با آن شکل هندسی به هیچ وجه از نظر هندسی حساس نمی‌باشند.

 

۷-۴) بهبود و پیشرفت در این فرم بدنه, روی یافتن مقادیر بهتری نسبت به مقدار فرمول بویلر برای تنش‌های غشایی استوانه تقویت شده با فریم‌های حلقوی، متمرکز شده است. همانطور که در قسمت (۱۳-۵) مشاهده شد، استفاده از فریم‌های تقویت کننده حلقوی برای تقویت پوسته بدنه در مقابل کمانش نابهنگام، منجر به الگوی پیچیده‌ای از تنش‌ها روی صفحه می‌شود که ناشی از تغییرات کرنش محیطی از فریم‌ها به ناحیه بین فریم‌ها می‌باشد.

 

در نتیجه، بزرگترین تنش غشایی در فاصله وسط بین فریم‌ها اتفاق می‌افتد چرا که به علت تقویت ناشی از فریم‌ها، در واقع این تنش کمتر از مقدار فرمول بویلر untitled-14.jpgمی‌باشد. بررسی مناسب تئوری توزیع تنش در پوسته استوانه‌های تقویت شده با فریم‌های حلقوی، در حدود سال ۱۹۲۰ توسط دو محقق آلمانی، ون سندن و گانتر انجام شد که از نظر جبری پیچیده است ولی وسیله و تابعی برای آنالیز عددی می‌باشد. عامل دیگری که می‌تواند از Pb در ارائه اطلاعات تجربی که پیش از این ذکر شد، بهتر باشد، با Py بیان می‌شود. Py مشخص کننده فشار بیرونی است که ایجاد کننده تنش حلقوی میانگین در وسط ضخامت پوسته و در وسط فاصله بین دو فریم می‌باشد که بر مبنای نظریه ون سندن و گانتر برابر با استحکام تسلیم ماده پوسته می‌باشد.

 

 

این روش برای ارائه اطلاعات تجربی در مورد انهدام مدل‌های بدنه فشار، تحت فشار خارجی می‌باشد که اکنون بطور گسترده استفاده می‌شود و نسبت untitled-15.jpgبر مبنای untitled-16.jpgرسم می‌گردد و این به صورت نمودار شکل (۷-۵) می‌باشد و می‌توان مشاهده کرد که مشخصات مهمی که در بالا برای استفاده از Pb بیان شد، در اینجا نیز صادق است. پیشرفت در این زمینه مستلزم نگاه واقع بینانه‌تری از الگوی تنش غشایی روی پوسته استوانه تقویت شده بوسیله فریم‌های حلقوی می‌باشد.

 

 

 

۲-۴) اگر فشار به صورت خارجی به یک استوانه طویل وارد شود و اگر این استوانه بوسیله تقویت کننده‌های حلقوی تقویت نشده باشد، شکست آن به صورت کمانش الاستیکی، در محلی کاملاً دور از دو انتهای آن، به صورت تغییر شکل بیضی مقطع اتفاق می‌افتد، که این فشار چندین مرتبه کمتر از فشار بویلر است؛ حتی اگر در ابتدا مقطع آن کاملاً دایره‌ای باشد. این رفتار تابعی از آنالیز سازه است و فرمولی برای فشار انهدام الاستیک یک استوانه تقویت نشده با مقطع دایره‌ای، با دیواره‌هایی که به فاصله L از هم قرار گرفته‌اند، توسط یک محقق آلمانی به نام «وُن میسز» در حدود سال ۱۹۲۰ بدست آمد. کار او نشان داد که اگر L برابر با R باشد, یعنی استوانه نسبتاً کوتاه باشد، روش انهدام الاستیک به صورت بیضی نخواهد بود. حتی فشار انهدام وُن میسز، که ما آن را با Pm نشان می‌دهیم، می‌تواند بسیار کمتر از Pb باشد.

 

] فشار انهدام وُن میسز Pm = (Von Mises Collapse Pressure)[

1-4) می‌توان براحتی نشان داد که اگر شناوری به شکل استوانه‌ای با مقطع دایره که در دو انتها به دو نیمکره منتهی شده است و دارای شعاع R و ضخامت پوسته t باشد که فشار داخلی P بر آن وارد شود آنگاه در نقاط دور از دو انتهای آن، دو دسته تنش‌های پوسته‌ای بر روی صفحات بوجود خواهد آمد.

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال

با تشکر از مدیریت محترم تالار مکانیک .

 

سوالی که اکنون مطرح است اینست که ایا همانند موضوع " فشار هیدروستاتیک " که همگی بر ان اشراف داریم میتوان نمونه ای از " کشش هیدروستاتیک " را عنوان نمایید ؟

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از ۷۵ اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به عنوان یک لینک به جای

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.


×
×
  • جدید...