طراحی و تحلیل عددی مخازن تحت فشار کامپوزیتی بر اساس روش بار واحد

Abstract

هدف این مقاله، طراحی مخازن کامپوزیتی تحت فشار نوع چهارم برای ذخیره گاز طبیعی مورد استفاده در خودروهای دوگانه سوز، به روش المان محدود می­باشد. این نوع مخازن از یک آستر پلیمری و الیاف تقویت­کننده که به روش رشته­پیچی به دور آن پیچیده می­شود، تشکیل شده­اند. ابعاد و فشار مخزن مورد بررسی مطابق با ابعاد و فشار مخازن گاز طبیعی طبق استاندارد ایزو 11439 برای کاربرد در خودرو می­باشد. هدف از طراحی مخزن تعیین زوایای الیاف، تعداد لایه­ها و ضخامت مخزن است. عدسی­های مختلف نیمه کروی، شبه بیضوی و شبه­ کروی در این طراحی مورد بررسی قرار می­گیرد. مبنای طراحی، استاندارد BS4994 و طبق روش بار واحد می­باشد. شبیه­سازی در نرم­افزار ANSYS به صورت سه بعدی (مدل یک هشتم) توسط المان Solid46 صورت می­پذیرد. برای صحه­گذاری روش المان محدود، نتایج حاصله با نتایج موجود در ادبیات موضوع مقایسه می­شود. تخریب کامپوزیت بر اساس دو معیار حداکثر کرنش مجاز و سای-وو مورد بررسی قرار می­گیرد. بررسی­های عددی نشان می­دهد که طراحی اولیه مطابق استاندارد بدلیل در نظر نگرفتن اثرات تمرکز تنش و تنش خمشی نیازمند بازنگری می­باشد. اصلاح طرح توسط افزایش لایه­ها به صورت سعی و خطا در تحلیل اجزاء محدود صورت می­پذیرد. نهایتا، چیدمان لایه­های کامپوزیتی [90₆₆/9₆₀±] پاسخگوی طراحی مخزن دخیره‌سازی گاز طبیعی تحت فشار کاری 20 مگاپاسکال با عمر خستگی 1000 سیکل می­باشد.