33172

تحليل، طراحي و شبيه‌سازي سازه فلزي و بتني محافظ مخزن حاوي هيدروژن در برابر انفجار

كارشناسي ارشد

مهندسي راه‌آهن- ماشين‌هاي ريلي

1401

1403/11/8

مجيد شهروي

احمد رحمتي علائي

مهندسي راه‌آهن

نگه‌داري از مخازن ذخيره‌سازي گاز هيدروژن ريسك‌هاي فراواني را براي محيط‌زيست و انسان‌ها به همراه دارد. با توجه به احتمال وقوع انفجار مخازن حاوي هيدروژن در مجاورت ابنيه صنعتي، برآورد مقاومت انواع سازه‌هاي محافظ مخزن در برابر بارهاي انفجاري بسيار حائزاهميت است. در اين پايان‌نامه، با استفاده از روش عددي LBE، انفجار يك مخزن هيدروژني داخل يك كانتينر 20 فوتي مورد بررسي قرار گيرد و فشار و پارامترهاي حاصل از انفجار و ميزان تاثير سازه حفاظتي بر مهار كردن موج انفجار تعيين و بررسي شود. در اين راستا ابتدا يك مخزن هيدروژني و يك كانتينر 20 فوتي در نرم‌افزار ساليدورك طراحي و مدل شده و سپس در محيط نرم‌افزار LSDYNA، شبيه‌سازي انفجاري آن به همراه يك سازه‌ي محافظ مستطيلي‌شكل در دو جنس متفاوت بتني و فولادي تحليل مي‌گردد. تنش وارد شده به سازه حفاظتي فولادي در طول زمان انفجار، در محدوده تنش مجاز فولاد بود و هيچ‌گونه پارگي در سازه رخ نداد. در سازه حفاظتي بتني، تنش وارد شده به سازه از محدوده تنش مجاز بتن فراتر رفت و 2 تخريب لايه‌اي مش دركل به ضخامت 15 سانتي‌متر رخ داد، با اين‌حال با توجه به ضخامت در نظر گرفته شده براي سازه(30 سانتي‌متر)، 15 سانتي‌متر از كل ضخامت بتن سالم ‌ماند. هر دو سازه طراحي‌ شده، ايمن عمل خواهند كرد. ضخامت بهينه ايمن براي سازه حفاظتي فولادي و بتني در اين سناريوي انفجاري به ترتيب 10 و30 سانتي‌متر پيشنهاد مي‌شود. براي كاهش هزينه ساخت سازه حفاظتي فولادي با اين ضخامت و ابعاد، با استفاده از سخت‌كننده‌هاي داخلي ، كامپوزيت‌ها و لايه تركيبي بتني و فولادي مي‌توان ضخامت سازه حفاظتي فولادي را تا 4 سانتي‌متر كاهش داد. پيك فشار وارده به سازه حفاظتي با مقادير آيين‌نامه UFC مقايسه گرديد و تطابق قابل قبولي دارد.

1403/12/28

Analysis, design and simulation of metal and concrete structure protecting the tank containing hydrogen against explosion

2/6/2026 12:00:00 AM

نگه‌داري از مخازن ذخيره‌سازي گاز هيدروژن ريسك‌هاي فراواني را براي محيط‌زيست و انسان‌ها به همراه دارد. با توجه به احتمال وقوع انفجار مخازن حاوي هيدروژن در مجاورت ابنيه صنعتي، برآورد مقاومت انواع سازه‌هاي محافظ مخزن در برابر بارهاي انفجاري بسيار حائزاهميت است. در اين پايان‌نامه، با استفاده از روش عددي LBE، انفجار يك مخزن هيدروژني داخل يك كانتينر 20 فوتي مورد بررسي قرار گيرد و فشار و پارامترهاي حاصل از انفجار و ميزان تاثير سازه حفاظتي بر مهار كردن موج انفجار تعيين و بررسي شود. در اين راستا ابتدا يك مخزن هيدروژني و يك كانتينر 20 فوتي در نرم‌افزار ساليدورك طراحي و مدل شده و سپس در محيط نرم‌افزار LSDYNA، شبيه‌سازي انفجاري آن به همراه يك سازه‌ي محافظ مستطيلي‌شكل در دو جنس متفاوت بتني و فولادي تحليل مي‌گردد. تنش وارد شده به سازه حفاظتي فولادي در طول زمان انفجار، در محدوده تنش مجاز فولاد بود و هيچ‌گونه پارگي در سازه رخ نداد. در سازه حفاظتي بتني، تنش وارد شده به سازه از محدوده تنش مجاز بتن فراتر رفت و 2 تخريب لايه‌اي مش دركل به ضخامت 15 سانتي‌متر رخ داد، با اين‌حال با توجه به ضخامت در نظر گرفته شده براي سازه(30 سانتي‌متر)، 15 سانتي‌متر از كل ضخامت بتن سالم ‌ماند. هر دو سازه طراحي‌ شده، ايمن عمل خواهند كرد. ضخامت بهينه ايمن براي سازه حفاظتي فولادي و بتني در اين سناريوي انفجاري به ترتيب 10 و30 سانتي‌متر پيشنهاد مي‌شود. براي كاهش هزينه ساخت سازه حفاظتي فولادي با اين ضخامت و ابعاد، با استفاده از سخت‌كننده‌هاي داخلي ، كامپوزيت‌ها و لايه تركيبي بتني و فولادي مي‌توان ضخامت سازه حفاظتي فولادي را تا 4 سانتي‌متر كاهش داد. پيك فشار وارده به سازه حفاظتي با مقادير آيين‌نامه UFC مقايسه گرديد و تطابق قابل قبولي دارد.

مخازن هيدروژني , ايمني , انفجار , شبيه‌سازي عددي , LSDYNA

hydrogen tanks , safety , explosion , Numerical Simulation , LSDYNA

Shima Fooladgar

Dr. Majid Shahravi