دانشگاه هرمزگان

پردیس دانشگاهی قشم

مطالعه اثر کمانش در سیستم های لوله در لوله تحت اثر فشار هیدروستاتیک در آب های عمیق

پایان نامه برای دریافت درجه ی کارشناسی ارشد

در رشته ی مهندسی عمران سازه های دریایی

استاد راهنما

دکتر محمد طاهر کمالی

استاد مشاور

دکتر بابک شکرالهی

شهریور ماه 92

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده:
سیستم های لوله در لوله به گونه بسیار گسترده ای در کاربرد های خطوط انتقال نفت و گاز که در آنها بهره گیری از عایق گرمایی خط بسیار اهمیت دارد، به کار رفته اند. این سیستم شامل لوله های جدار نازک درونی و بیرونی با حلقه هایی بین آنها می باشد که  این حلقه ها به گونه کامل به وسیله یک عایق انتخاب شده پر شده می باشد. در این پژوهش با بهره گیری از روش کمانش خطی، رفتار کمانش ارتجاعی سیستم های لوله در لوله با هسته هایی در ضخامت و ضریب یانگ متفاوت تحت فشار هیدرو استاتیک خارجی آب با بهره گیری از نرم افزار انسیس مطالعه شده می باشد و نتایج بدست آمده نشان می دهد که فشار کمانش شدیداً به ضرایب یانگ مواد پر کننده هسته و لوله، ضخامت هسته، ضخامت لوله های داخلی و خارجی بستگی دارد. مدل هایی که مدول الاستیسیته هسته آن ها بزرگ باشد فشار بحرانی کمانش آنها به هم شبیه بوده و بدون در نظر گرفتن ضخامت هسته تقریباً پایدار و یکسان می باشد اما  درمدل هایی که مدول الاستیسیته هسته آن ها ضعیف می باشد دو حالت اتفاق می افتد: 1- مدلی که ضخامت لوله داخلی کمتر از لوله بیرونی باشد با کاهش ضخامت هسته فشار بحرانی کمانش آن نیز کاهش می یابد2 – مدلی که ضخامت لوله داخلی بیشتر از لوله بیرونی باشد با کاهش ضخامت هسته به دلیل اثر لوله داخلی فشار بحرانی نیز افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهد که دو پدیده مختلف کمانشی اتفاق می افتد که یکی کمانش کلی لوله ترکیب شده و دیگری کمانش مربوط به  لوله خارجی می باشد .
واژه های کلیدی: فشار بحرانی، مدول الاستیسیته، کمانش خطی، سیستم های لوله در لوله، پوسته های استوانه ای، نرم افزار ANSYS
فهرست
فصل 1: مقدمه  ……………………………………………………………………………………………………………………………….  1
1-1 مقدمه ای در ارتباط با سیستم های لوله در لوله…………………………………………………………………..  2
1-2 کمانش در لوله های دریایی………………………………………………………………………………………………………..5
1-3 وقوع خرابی در لوله های دریایی………………………………………………………………………………………………..6
1-4 انتشار خرابی در لوله های دریایی ………………………………………………………………………………………….  8
1-5 کمانش دینامیکی و استاتیکی   ……………………………………………………………………………………………….9
1-6 کمانش شبه استاتیکی و دینامیکی در لوله های زیر دریا  ……………………………………………………14
1-7 متوقف کردن انتشار خرابی  …………………………………………………………………………………………………… 17
1-8 مطالعه پیشینه موضوع ……………………………………………………………………………………………………………..19
فصل دوم: فرمول بندی ریاضی مسئله  …………………………………………………………………………………………. 25
2-1 معادلات تعادل برای سیستم های لوله در لوله  …………………………………………………………………….26
2-2  ضرائب سختی هسته………………………………………………………………………………………………………………..29
3-2 معادله مشخصه سطح مقطع لوله در لوله ……………………………………………………………………………….35
فصل سوم: معرفی مدل و مدلسازی  ………………………………………………………………………………………………..36
3-1 آشنایی با روش اجزا محدود   …………………………………………………………………………………………………37
3-2 روش اجزا محدود  …………………………………………………………………………………………………………………….37
3-3 انواع واکاوی کمانش   …………………………………………………………………………………………………………………38
3-4 مدل حاضر  ……………………………………………………………………………………………………………………………….40
3-5 چگونگی برپایی مدل در نرم افزار انسیس ……………………………………………………………………………………41
فصل 4: نتایج و بحث در مورد بار بحرانی  ……………………………………………………………………………………..53
4-1 مطالعه اثر مش بندی بر روی بار بحرانی …………………………………………………………………………….. 54
4-2 مطالعه اثر ضخامت لوله های درونی و بیرونی بر روی بار بحرانی ………………………………………..57
4-3 حالت های لوله بعد از کمانش ………………………………………………………………………………………………..64
4-4 نتایج وبحث در مورد بار بحرانی کمانش ………………………………………………………………………………  66
4-5 مقایسه و نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………….  78
فصل 5: نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………. 79
منابع لاتین   …………………………………………………………………………………………………………………………………….82
منابع فارسی………………………………………………………………………………………………………………………………………84
پیوست ها …………………………………………………………………………………………………………………………………………85
چکیده انگلیسی  …………………………………………………………………………………………………………………………….90
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست شکل ها
شکل(1-1): شماتیکی از وقوع خرابی در لوله دریایی …………………………………………………………………… 7
شکل(1-2): انتشار خرابی در لوله …………………………………………………………………………………………………… 8
شکل(1-3): کمانش ارتعاشی-کمانش ضربه ای …………………………………………………………………………… 11
شکل(1-4): تصاویر گرفته شده با دوربین های سرعت بالا در نوارهای آلومنیومی ……………………… 12
شکل(1-5): تصاویر گرفته شده با دوربین های چارچوبی …………………………………………………………….. 13
شکل(1-6): مقایسه الگوهای دینامیکی و استاتیکی بعد از کمانش………………………………………………. 14
شکل(1-7): مودهای خرابی شبه استاتیکی…………………………………………………………………………………… 15
شکل(1-8): مقایسه خرابی Dog-bone در حالت شبه استاتیکی و دینامیکی………………………….. 16
شکل(1-9): مراحل تغییر شکل در مد Flip-Flop………………………………………………………………………17
شکل(1-10): تصویری شماتیک از یک کمانشگیر و مقطع آن……………………………………………………… 18
شکل(2-1): هندسه سطح مقطع سیستم لوله در لوله …………………………………………………………………. 26
شکل(2-2): قطاعی از استوانه که دارای نیروی جسمانی باشد…………………………………………………….. 29
شکل(3-1): شکلی از مقطع مسئله مورد مطالعه………………………………………………………………………….. 41
شکل(3-2): چگونگی انتخاب المان لوله……………………………………………………………………………………………… 42
شکل(3-3): المان solid185……………………………………………………………………………………………………….. 42
شکل(3-4): تعریف مشخصات لوله………………………………………………………………………………………………… 43
شکل(3-5): تعریف مدول الاستیسته وضریب پواسن لوله…………………………………………………………….. 44
شکل(3-6): تصویر مقطع لوله……………………………………………………………………………………………………….. 44
شکل(3-7): تصویر مدل به صورت سه بعدی………………………………………………………………………………… 46
شکل(3-8): چگونگی شبکه بندی کردن لوله………………………………………………………………………………………… 47
شکل(3-9): مقطع شبکه بندی شده مدل………………………………………………………………………………………… 47
شکل(3-10): اعمال بار واحد روی لوله خارجی……………………………………………………………………………….. 48
شکل(3-11): اعمال شرایط تکیه گاهی…………………………………………………………………………………………… 49
شکل(3-12): چگونگی بارگذاری روی لوله خارجی………………………………………………………………………………. 49
شکل(3-13): حل مساله به صورت خطی……………………………………………………………………………………….. 50
شکل(3-14): فرم تغییر شکل یافته لوله…………………………………………………………………………………………. 51
شکل(3-15): چگونگی خروجی گرفتن پس از بارگذاری……………………………………………………………………… 52
شکل(4-1): چگونگی ریز کردن المان ها در مقطع لوله……………………………………………………………………….. 55
شکل(4-2): طریقه همگرایی بار بحرانی نسبت به افزایش تعداد المان ها در مقطع…………………………..57
شکل(4-3): مدهای کمانش لوله………………………………………………………………………………………………………..65
شکل(4-4): مدهای کمانش لوله……………………………………………………………………………………………………… 66
شکل(4-5): فشار بحرانی بدون بعدqcr/q* برای h1/a1=h2/a1=0.02 و ضریب پواسن هسته c=0.4ν…………………………………………………………………..70
شکل(4-6): فشار بحرانی بدون بعدqcr/q* برای h1/a1=h2/a1=0.02 و ضریب پواسن هسته c=0.1ν…………………………………………………………………………………………….. 72
شکل(4-7): فشار بحرانی بدون بعد qcr/q* برایh1/a1=0.02,h2/a1=0.04 و ضریب پواسن هستهνc=0.4……………………………………………………………………………………..74
شکل(4-8): فشار بحرانی بدون بعدqcr/q* برای h1/a1=h2/a1=0.04 و ضریب پواسن هسته c=0.4ν………………………………………………………………………………………………76
شکل(4-9): فشار بحرانی بدون بعد qcr/q* برایh1/a1=0.04,h2/a1=0.02 و ضریب پواسن هستهνc=0.4…………………………………………………………………………………….78
 
فهرست جداول
جدول(4-1): ابعاد و مدول الاستیسته مدل…………………………………………………………………………………………54
جدول(4-2): نتایج بار بحرانی با شبکه بندی های متفاوت ……………………………………………………………. 56
جدول(4-3): تغییرات بار بحرانی با افزایش شبکه بندی مدل…………………………………………………………. 56
جدول(4-4): ابعاد و مدول الاستیسته بهره گیری شده در جداول (4-5)و(4-6) و(4-7)و(4-8)……….58
جدول(4-5): فشاربحرانی کمانش مدلh1=h2=9mm…………………………………………………………………..59
جدول(4-6): فشار بحرانیکمانش مدلh1=9mm , h2=15mm………………………………………………….60
جدول(4-7): فشاربحرانی کمانش مدلh1=h2=15mm……………………………………………………………… 62
جدول(4-8): فشار بحرانیکمانش مدلh1=15mm , h2=9mm…………………………………………………63
جدول(4-9):فشار بحرانی بدون بعد qcr/q* برای=h2/a1=0.02h1/a1 و ضریب پواسن هسته c=0.4ν……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 69
جدول(4-10): فشار بحرانی بدون بعد qcr/q* برای=h2/a1=0.02h1/a1 و ضریب پواسن هسته c=0.1ν…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 71
جدول(4-11): فشار بحرانی بدون بعد qcr/q* برای= 0.02 h2/a1=0.04 h1/a1 و ضریب پواسن هسته c=0.4ν………………………………………………………………………………………………………………………………… 73
جدول(4-12):فشار بحرانی بدون بعد qcr/q* برای=h2/a1=0.04h1/a1 و ضریب پواسن هسته c=0.4ν………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 75
جدول(4-13):فشار بحرانی بدون بعد qcr/q* برای= 0.04 h2/a1=0.02h1/a1 و ضریب پواسن هسته c=0.4ν……………………………………………………………………………………………………………………………….. 77
 
 

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه : بررسی و ارزیابی راهکارهای جلوگیری از نفوذ امواج ناشی از باد جنوب شرق به شمال غرب (باد سهیلی) به درون حوضچه بندر لنگه با بهره گیری از شبیه سازی عددی

فصل اول

 
 

مقدمه

 
 
 
 

1-1مقدمه ای در ارتباط با سیستم های لوله در لوله

سیستم های لوله در لوله[1]  به گونه بسیار گسترده ای در کاربردهای خط لوله ای که در آنها بهره گیری از عایق گرمایی خط بسیار اهمیت دارد، بکار رفته اند. معمولا، فاصله بین دو لوله در این سیستم ها می تواند خالی بوده و یا در بر گیرنده مواد عایق غیر سازه ای باشد. در آب های عمیق، لوله خارجی بایستی طوری طراحی گردد تا بتواند در برابر خرابی ناشی از فشارهای خارجی محیط مقاوم باشد در حالی که لوله داخلی، در مرحله اول طوری طراحی می گردد که در برابر فشارهای هیدروکربنی مایع موجود در دورن آنها مقاوم باشد. به علاوه، تحلیل هایی که در آنها بسیاری از فاکتورهای دیگر در نظر گرفته شده اند نیز در این زمینه در دسترس هستند. پس سیستم های لوله در لوله در آب های عمیق را بایستی برای مقاومت در برابر خرابی لوله خارجی طراحی نمود.  همانند خطوط لوله ای تکی، در طول نصب و راه اندازی سازه ها، شرائط خارج از طرح در سازه ها می تواند در آنها به وجودآید که این امر منجر به خرابی های درونی در سازه خواهد گردید[1] .
در سیستم های لوله در لوله دریایی عواملی مانند خمش زیاد در زمان نصب لوله، تنش اضافی ناشی از ناهمواری بستر دریا، برخورد عوامل خارجی مانند لنگر کشتی، ابزارهای ماهیگیری و کاهش ضخامت جدار لوله در اثر فرآیندهائی مانند خوردگی، سائیدگی و فرسایش می توانند از عمده علت های ایجاد کمانش باشند[2،3].
کمانش و خرابی در اثر فشارهای خارجی از پیامدهای بسیار مهمی می باشند که بایستی در طراحی خطوط لوله ای مانند سیستم های لوله در لوله نصب شده در دریا[2]  مد نظر قرار داده شوند. مشکل دومی که در این زمینه هست، و معمولا اهمیت آن کمتر از مورد تصریح شده در بالا نیست، به انتشار کمانش[3] ارتباط دارد که می تواند در نهایت بقای خط را با مشکل مواجه نماید. انتشار کمانش می تواند از مقطعی ضعیف شده در لوله، برای مثال از یک فرورفتگی آغاز گردد و این ضعیف شدگی می تواند در اثر پدیده هائی مانند تاثیر اجسام خارجی نشات گرفته باشد، زمانی که کمانش شروع گردد، می توان شاهد انتشار آن با سرعت های بالا بود که این امر می تواند در نهایت منجر به خرابی بسیار سریع در تمام خط لوله گردد. فشار انتشار PP حداقل فشاری می باشد که در آن شاهد انتشار کمانش خواهیم بود. این فشار به فشار مشخصه در خط لوله نیز موسوم می باشد، این فشار معمولا بین 15-20 درصد فشار خرابیPCO می باشد و در نتیجه در بسیاری از پروژه ها طراحی خط لوله بر اساس فشار انتشار غیر عملی می باشد. برای مقابله با این مسئله طراحی بر اساس فشار خرابی انجام می گردد و در عوض از ابزارهائی به نام کمانشگیر[4] در بازه هائی منظم در طول خط بهره گیری می گردد. در زمان آغاز کمانش، این کمانشگیرها خسارت به طولی از لوله را محدود می نمایند[4].
[1]Pipe in Pipe Systems
[2]Marine Pipelines
[3]Buckle Propagation
[4]Buckle Arrestors
تعداد صفحه : 115
قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

دسته‌ها: عمران