تحلیل استاتیکی و دینامیکی پایه های مخازن در ارتفاع گاز فشرده و بهینه‌سازی آنها برای شرایط طوفان و زلزله

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:115
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

چکیده  ……………………………………………………………………………………….  ۱

یکی از مخازنی که به وفور مورد استفاده قرار میگیریند مخازن گاز فشرده میباشند. در این پروژه ما قصد داریم به انالیز استاتیکی و دینامیکی  پایه هایی از مخازنی که در ارتفاع نصب میشوند بپردازیم و نیز علاوه بر این قصد داریم مشخصات از مخازن را در ارتفاع داده و برای شرایط زلزله و طوفان بهینه سازی نماییم.

بدین منظور ابتدا هر دو مدل رایج پایه های مخازن فشرده گاز برای مقایسه  و بهینه سازی را در شرایط طوفان و زلزله در نظر میگیریم .  همچنین برای زلزله نیز از یکی از نمونه های زلزله واقعی که در اقیانوس هند در سال ۲۰۰۴ میلادی رخ داده  بهره میجوییم و با استفاده از نمودارهای لرزه نگاری مربوط به این  زلزله  نیروهای وارده بر هر یک از پایه ها را محاسبه مینماییم . ضمنا سرعت طوفان را نیز با فرض حدود صد و سی کیلومتر بر ساعت محاسبه نموده و با استفاده از فرمول های کتاب سیالات فاکس نیروی درگ وارده بر مخزن و پایه ها را محاسبه مینماییم. علاوه بر این بار ثقلی مخزن که شامل وزن سیال داخل مخزن، وزن پوسته مخزن و وزن اسکلت نگهدارنده مخزن میباشد را و همچنین بار  مرده ی مخزن را که بار برفی که روی سطح فوقانی مخزن قرار میگیرد را در نظر میگیریم.  سپس با استفاده از نرم افزار انسیس و انجام عمل مش بندی و آنالیز تنش ،‌ تنش  وارده بر هر یک از المان ها و نود های ( گره ، nod  )   موجود برای هر دو مدل میپردازیم. و بر این اساس و با کمک نرم افزار انسیس مدل برتر را در شرایط بارگذاری یکسان شناسایی میکنیم . سپس  با استفاده از نرم افزار انسیس ورک بنچ ( Ansys workbench ) به بهینه‌سازی مدل مربوطه با دیدگاه اقتصادی میپردازیم. و بدین ترتیب که حداقل قطر استاندارد پایه ها را در شرایط بارگذاری مدل شده در حالت بهینه بدست میاوریم .

مقدمه  …………………………………………………………………………………………  ۲

مخازن تحت فشار مخازن فلزی برای نگه داری و یا انجام فرآیند های شیمیایی مایعات و یا گازها می‌باشند که توانایی مقاومت در برابر بارگذاری‌های مختلف (فشار داخلی، و یا فشار خارجی و خلا در داخل) را دارا می‌باشند. استاندارد اصلی برای طراحی این مخازن ASME Section VIII می‌باشد که توسط انجمن مهندسان‫ مکانیک آمریکا تدوین شده و هر چهار سال یکبار مورد بازنگری قرار می‌گیرد. کاربرد عمده این مخازن در صنایع نفت و گاز می‌باشد.مخازن تحت فشار به مخازنی اطلاق می گردد که به منظور انجام فرآیند بخصوص تحت فشارمعین مورد نیاز باشد. در ساخت چنین مخازنی می بایست دقت کافی به عمل آید. زیرا عدم دقت در جوشکاری، انتخاب صحیح مواد و … منجر به انفجار مخزن می گردد. در حقیقت مخازن تحت فشار همانند یک بمب عمل نموده و فاجعه آمیز می باشد.

  • مشخصات عمومی مخازن تحت فشار:

مخازن تحت فشارکه حاوی سیالات ( مایع یا گاز( تحت فشار بالاتر از ۱۰۰ کیلو پاسکال ( یک بار) هستند. اینگونه مخازن به دو گونه Fired همچون دیگهای بخار(بویلرها ) که مخزن از طریق کوره یا مشعل گرم میشود و Unfired مثل مخازن اکسیژن و هیدروژن طبقه بندی میشوند.

شکل اکثر مخازن تحت فشار استوانه ای یا کروی بوده که فرم استوانه ای آن با کلگی کروی یا بیضوی یا کاسه ای قابل ساخت و مونتاژ می باشد . و کلگی های کروی به دو حالت نورد گرم و سرد تولید می شوند.طبق استاندارد های مرتبط ، بعد از مشخص شدن پارامتر های اصلی یاد شده ضخامت و مشخصات هندسی و جوشکاری و جنس مواد تعیین شده با امکانات کارگاهی نیز تهیه می شود. اتصالات کنترل کننده مختلفی نیز روی مخازن تعبیه می گردد، از قبیل محل مورد نصب فشار سنج، شیر تخلیه اضطراری، ترمومتر، سطح سنج، و در صورتی که مخزن جهت کارهای پیچیده تر استفاده شود، طبعا” نیاز اتصالات مربوط به آن نیز اضافه خواهد شد.

مثالهای مختلفی از مخازن تحت فشار را در صنایع مختلف همچون برجهای تقطیر در پالایشگاههای نفت و پتروشیمی ها و همچنین مخازن راکتور هسته ای در نیروگاههای هسته ای می توان نام برد.

تغییر و افزایش فشار بسیار خطرناک میباشد و ممکن است باعث رخداد های مهلکی شود که این موضوع در تاریخ عملکرد منابع تحت فشار به وضوح مشخص می باشد.

منابع تحت فشار در زمینه های متفاوتی همچون صنعتی و خانگی استفاده دارند .برای مثال در صنعت ، این منابع برای ذخیره هوای متراکم و در مصارف خانگی برای مخازن آب در آبگرم کن ها استفاده می شود.دیگر مثال هایی برای منابع تحت فشار ،کپسول های اکسیژن، منبع ذخیره ی گاز شهری، منابع ذخیره گاز در ماشین، مخازن تحت فشار برای جدا سازی اجزای یک ماده شیمیایی و بسیار مثال های دیگر ، مثلا” در پتروشیمی و پالایشگاه ها و در معدن و راکتور های هسته ای ٬ در فضاپیماها ، ذخیره روغن های هیدرولیکی و ذخیره ی گاز هایی همچون آمونیاک و بوتان و گاز طبیعی .

فصل اول : کلیات

کلیات طراحی مخازن تحت فشار ……………………………………………………………………………………………….  ۴

مخازن تحت فشار در کل میتوانند به هر شکلی ساخته شوند اما این فقط در تئوری میباشد اما در عمل بیشتر این مخازن به صورت کره ، استوانه و مخروط میباشد. معمول ترین روش ساخت منابع تحت فشار، ساخت آن به صورت استوانه با دو سر عدسی میباشد ، این شکل ساده ترین نوع برای آنالیز کردن مخازن را در اختیار ما قرار میدهد .در تئوری ساختن مخازن تحت فشار به صورت کره بهترین راه حل برای تحمل فشار می باشد اما متاسفانه در حین ساخت ، ساختن یک منبع به شکل کره بسیار سخت و در عین حال پر هزینه می‌باشد. بنابراین بیشتر مخازن تحت فشار استوانه ای با دو عدد عدسی به شکل بیضی در دو انتهای آن می باشد .هر چه عرض این استوانه بیشتر باشد هزینه ساخت آن بالا می رود .

مواد مورد استفاده در ساخت مخازن ………………………………………………………………………………………….  ۴

جرم مخازن ………………………………………………………………………………………………………………………………….  ۵

بررسی تنش در دیواره های مخزن ……………………………………………………………………………………………..  ۵

نکاتی در رابطه با نرم افزار Ansys …………………………………………………………………………………………….  ۵

فصل دوم : تحلیل پایه های مخازن

۲-۱ پایه های مخازن  ……………………………………………………………………………………………………………………………….  ۷

۲-۲ شرایط پیش فرض  ……………………………………………………………………………………………………………………………  ۸

۲-۳ استاندارد لوله های مانسمان  …………………………………………………………………………………………………………….  ۱۰

۲-۴ بارگذاری ثقلی مرده  …………………………………………………………………………………………………………………………  ۱۱

۲-۵ بار برف  ………………………………………………………………………………………………………………………………………………  ۱۱

۲-۶ بارگذاری زلزله  ………………………………………………………………………………………………………………………………….  ۱۱

۲-۷ بارگذاری طوفان  ……………………………………………………………………………………………………………………………….  ۱۴

فصل سوم : آنالیز نیرویی با نرم افزار قدرتمند ansys classic

۳-۱ مشخصات سیستم مورد استفاده  ………………………………………………………………………………………………………  ۱۸

۳-۲ تحلیل پایه های مدل ساده ( مدل اول )  …………………………………………………………………………………………  ۲۰

۳-۳ مقادیر Axial stress در المان های پایه ها  …………………………………………………………………………………..  ۳۱

۳-۴ مقادیر تنش های خمشی و برشی در المان های پایه ها  ………………………………………………………………..  ۳۳

۳-۵ مقادیر تنش های پیچشی درالمان های پایه ها  ………………………………………………………………………………  ۳۵

۳-۶ تحلیل مدل دوم پایه مخازن  …………………………………………………………………………………………………………….  ۳۷

۳-۷ مقادیر Axial stress  در المان های پایه ها  …………………………………………………………………………………  ۴۶

۳-۸ مقادیر تنش های خمشی و برشی در المان های پایه ها  ………………………………………………………………..  ۴۸

۳-۹ مقادیر تنش های پیچشی در المان های پایه ها  ………………………………………………………………………………  ۵۰

۳-۱۰ مقایسه بین دو مدل  ……………………………………………………………………………………………………………………….  ۵۲

۳-۱۱  نتیجه گیری  ………………………………………………………………………………………………………………………………….  ۵۸

فصل چهارم : بهینه سازی

۴-۱ فرضیات  …………………………………………………………………………………………………………………………………………….  ۵۹

۴-۲ محاسبات نرم افزاری بهینه سازی   ……………………………………………………………………………………………………  ۶۲

۴-۲ محاسبات نرم افزار Ansys work bench  …………………………………………………………………………………..  ۶۷

۴-۳ جواب های نرم افزار  Ansys work bench  ……………………………………………………………………………….  ۶۸

نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………………………………………  ۱۰۶

پس از تحلیل نیرویی و محاسبه نیروهای وارده به مخازن در هر دو مدل رایج پایه های مخازن تحت فشار و آنالیز تنش آنها به کمک نرم افزار ، ملاحظه شد که مطابق آنالیز های تنش صورت گرفته در شرایط بارگذاری مشابه و یکسان، مدل پایه های ( V )  شکل ( مدل دوم )  از نظر مقاومت  بسیار بهتر از مدل اول ( مدل ساده )  در مواجهه با طوفان و زمین لرزه عمل می کند و کارایی بهتری دارد .  با توجه به اینکه در کنار استحکام سازه بحث قیمت تمام شده ی سازه نیز از اهمیت فوق العاده ای برخوردار میباشد لذا به بهینه سازی سازه از منظر اقتصادی میپردازیم .در نتیجه  میبایست در بازه ی جواب های موجود ، پایه ای انتخاب شود که کمترین هزینه ی تمام شده را دارا باشد . لذا میبایست سازه را به شکلی بهینه کنیم که  سبک ترین وزن و یا به عبارت بهتر کمترین قطر استاندارد پایه را در مجموعه جواب هایی که استحکام مورد نظر ما را تامین کند  ، دارا باشد .که برای رسیدن به این منظور  با  کمک گرفتن از نرم افزار به بهینه سازی این مدل از نظر اقتصادی  پرداخته و در این حالت حداقل قطر استاندارد پایه ها را محاسبه نمودیم.

منابع و ماخذ

فهرست منابع فارسی  ………………………………………………………………………………………………………………………………  ۱۰۷

فهرست منابع لاتین  ………………………………………………………………………………………………………………………………..  ۱۰۸

سایت های اطلاع رسانی  …………………………………………………………………………………………………………………………  ۱۰۹

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت