يونس خوشبين

Design an‎d Analysis of a Thick-Walled Metallic Pipe Subjected to Thermal Stresses an‎d Internal Pressure

لوله‌هاي جدار ضخيم در صنايع مختلف از جمله سامانه‌هاي انتقال سيالات پرفشار، تجهيزات انرژي، راكتورها و ماشين‌آلات صنعتي كاربرد گسترده‌اي دارند. عملكرد مطمئن اين لوله‌ها در شرايط كاري شديد، به درك صحيح از رفتار حرارتي و مكانيكي آن‌ها وابسته است. در اين پژوهش، طراحي و تحليل عددي يك لوله جدار ضخيم فلزي تحت اثر فشار داخلي و تنش‌هاي حرارتي انجام گرفته است. هدف از اين پژوهش، بررسي توزيع دما، تنش و كرنش در راستاهاي مختلف لوله و ارزيابي ميزان ايمني آن در برابر شكست و تغيير شكل مي‌باشد. مدلسازي عددي با استفاده از نرم‌افزار Abaqus صورت پذيرفته است. براي افزايش دقت، خواص حرارتي و مكانيكي ماده بر اساس داده‌هاي تجربي فولاد AISI 4340 وارد مدل گرديده و شرايط مرزي بر مبناي محيط‌هاي صنعتي واقعي تنظيم شده‌اند. نتايج نشان مي‌دهد كه بيشترين دما در سطح داخلي لوله و بيشترين تنش در راستاي محيطي (Hoop direction) رخ مي‌دهد. همچنين مشخص گرديد كه تركيب همزمان فشار داخلي و گراديان حرارتي موجب افزايش تنش مؤثر و تمركز آن در نواحي داخلي لوله مي‌گردد. اين امر ضرورت در نظر گرفتن اثرات حرارتي در طراحي سازه‌هاي فشاري را آشكار مي‌سازد. در نهايت، با تحليل نتايج به‌دست‌آمده و مقايسه با روابط تحليلي كلاسيك، صحت مدل عددي تأييد شده و پيشنهاداتي جهت بهبود عملكرد حرارتي و مكانيكي لوله‌هاي جدار ضخيم در كاربردهاي صنعتي ارائه گرديده است.