تحلیل قابلیت اطمینان تخریب در مخزن کامپوزیتی تحت فشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آزمایشگاه تحقیقاتی کامپوزیت،‌ دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، آزمایشگاه تحقیقاتی کامپوزیت ، دانشکه علوم و فنون نوین،‌دانشگاه تهران

چکیده

در این پژوهش، مخزن کامپوزیتی دارای آستری تحت فشار داخلی مورد بررسی قرار می‌گیرد. تنش‌‌های‌ لایه‌های مختلف با یکدیگر مقایسه می‌شوند. تحلیل تنش با استفاده از توسعه‌ی روشی بر اساس کدنویسی در نرم‌افزار متلب صورت می‌گیرد. به این ترتیب تنش‌های توزیع شده در بخش کامپوزیتی مخزن مورد مطالعه با استفاده از روش کلاسیک لایه‌چینی استخراج می‌شوند و با ارزیابی تخریب بر روی بحرانی‌ترین لایه و استفاده از معیار تخریب هشین، فشار تخریب اولین لایه به دست می‌آید. سپس بر اساس روش تخفیف لایه‌ای در چهارچوب مکانیک آسیب پیوسته، خواص مکانیکی لایه‌ی آسیب‌دیده تقلیل می‌یابد و مجدداً تحلیل تنش صورت گرفته و رخداد تخریب ارزیابی می-گردد. این فرآیند آن‌قدر تکرار می‌شود تا تمام لایه‌ها تخریب را تجربه نمایند و فشار مذکور به عنوان فشار تخریب گزارش می‌گردد. در مرحله‌ی بعد، با استفاده از مدل‌سازی تصادفی و به کمک روش مونت‌کارلو، فشار تخریب با در نظر گرفتن عدم‌قطعیت‌های ناشی از تولید و بررسی میزان تأثیر آن‌ها بر روی فشار تخریب پیش‌بینی می‎شود که در این پژوهش پارامتر‌های کسر حجمی و زاویه‌ی الیاف، به عنوان عدم قطعیت‌های مسأله، بررسی می‌شوند. مقایسه‌ی نتایج به دست آمده با داده‎های حاصل از آزمایش، حاکی از دقت قابل قبول این روش می‌باشد. سپس قابلیت اطمینان تک تک لایه‌های مخزن کامپوزیتی با استفاده از روش مرتبه‌ی اول، شاخص قابلیت اطمینان و احتمال تخریب لایه-های مخزن، استخراج می‌شوند و در نهایت برای صحت‌سنجی نتایج به دست آمده، روش شبیه سازی مونت‌کارلو استفاده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Reliability Analysis of Failure in Composite Pressure Vessels

نویسندگان [English]

  • Roham Rafiee 1
  • Sahar Bazargani 2
1 Faculty Of New Sciences & Technologies University Of Tehran, North Karegar St.,
2 MSc graduated student, composites research laboratory, faculty of new science and technolgoies, university of tehran
چکیده [English]

In this research, a composite pressure vessel with a liner under internal pressure is investigated. Stress analysis is performed using a computer code written in MATLAB. Therefore, the stress components in the composite part of the studied vessel are extracted using the classical lamination theory (CLT) and then the occurrence of failure in the most critical layer is examined using the Hashin failure criteria. thus, the failure pressure associated with the first-ply-failure is obtained. Then, based on the ply-discount method in the context of continuum damage mechanics, the mechanical properties of the damaged layer are reduced and the stress analysis is performed again and the vessel failure is evaluated. This process repeats until all the layers experience failure and final pressure is reported as burst pressure. In the next step, by considering manufacturing-induced uncertainties and applying Monte Carlo method, the failure pressure of the vessel is obtained and the influence of uncertainties on the results is also studied. In this study, the parameters of fiber volume fraction and fiber orientations are assumed as the uncertainties. Comparison of the results with the experimental data indicates the accuracy of this method. Then, the reliability of each layer of the composite pressure vessel is studied using the first-order reliability method and finally, the Monte Carlo simulation is used to validate the results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite Pressure Vessel
  • Failure Pressure
  • Manufacturing Uncertainty
  • Monte Carlo simulation
  • Reliability