پایاننامه سازه دریایی کمانش سیستمهای لوله فشار هیدروستاتیک آبهای عمیق

۱۱۵ هزار تومان ۸۰ هزار تومان
افزودن به سبد خرید

جهت خرید و دانلود پایاننامه سازه دریایی كمانش سيستمهاي لوله فشار هيدروستاتيك آبهای عمیق روی آیکون افزودن به سبد خرید یا با ایمیل زیر در ارتباط باشید.

sellthesis@gmail.com


پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران سازه های دریایی بررسي اثر كمانش در سيستم هاي لوله در لوله تحت اثر فشار هيدروستاتيك در آب های عمیق


پایاننامه سازه دریایی كمانش سيستمهاي لوله فشار هيدروستاتيك آبهای عمیق


چکیده

سيستم هاي لوله در لوله به طور بسيار گسترده اي در كاربرد هاي خطوط انتقال نفت و گاز كه در آنها استفاده از عايق گرمايي خط بسيار اهميت دارد، به كار رفته اند. اين سيستم شامل لوله هاي جدار نازك دروني و بيروني با حلقه هايي بين آنها مي باشد كه اين حلقه ها به طور كامل به وسيله يك عايق انتخاب شده پر شده است. در این تحقیق با استفاده از روش کمانش خطی، رفتار كمانش ارتجاعي سیستم های لوله در لوله با هسته هايي در ضخامت و ضريب يانگ متفاوت تحت فشار هيدرو استاتيك خارجي آب با استفاده از نرم افزار انسيس بررسي شده است و نتايج بدست آمده نشان مي دهد كه فشار كمانش شديداً به ضرايب يانگ مواد پر كننده هسته و لوله، ضخامت هسته، ضخامت لوله هاي داخلي و خارجي بستگي دارد. مدل هایی که مدول الاستیسیته هسته آن ها بزرگ باشد فشار بحرانی کمانش آنها به هم شبیه بوده و بدون در نظر گرفتن ضخامت هسته تقریباً پایدار و یکسان است ولی درمدل هایی که مدول الاستیسیته هسته آن ها ضعیف است دو حالت اتفاق می افتد: 1- مدلی که ضخامت لوله داخلی کمتر از لوله بیرونی باشد با کاهش ضخامت هسته فشار بحرانی کمانش آن نیز کاهش می یابد2 – مدلی که ضخامت لوله داخلی بیشتر از لوله بیرونی باشد با کاهش ضخامت هسته به دلیل اثر لوله داخلی فشار بحرانی نیز افزایش می یابد. همچنين نتايج نشان مي دهد كه دو پديده مختلف كمانشي اتفاق مي افتد كه يكي كمانش كلي لوله تركيب شده و ديگري كمانش مربوط به لوله خارجي است .

واژه های کلیدی: فشار بحراني، مدول الاستيسيته، کمانش خطی، سیستم های لوله در لوله، پوسته های استوانه ای، نرم افزار ANSYS


فهرست مطالب

فصل 1: مقدمه   1

1-1 مقدمه ای در ارتباط با سیستم های لوله در لوله  2
1-2 کمانش در لوله های دریایی  5
1-3 وقوع خرابی در لوله های دریایی  6
1-4 انتشار خرابی در لوله های دریایی  8
1-5 کمانش دینامیکی و استاتیکی  9
1-6 کمانش شبه استاتیکی و دینامیکی در لوله های زیر دریا 14
1-7 متوقف کردن انتشار خرابی  17
1-8 بررسی پیشینه موضوع  19
فصل دوم: فرمول بندی ریاضی مسئله  25
2-1 معادلات تعادل برای سیستم های لوله در لوله  26
2-2 ضرائب سختی هسته  29
3-2 معادله مشخصه سطح مقطع لوله در لوله  35
فصل سوم: معرفی مدل و مدلسازی  36
3-1 آشنایی با روش اجزا محدود  37
3-2 روش اجزا محدود   37
3-3 انواع آنالیز کمانش   38
3-4 مدل حاضر   40
3-5 نحوه برپایی مدل در نرم افزار انسیس  41
فصل 4: نتایج و بحث در مورد بار بحرانی  53
4-1 بررسی اثر مش بندی بر روی بار بحرانی  54
4-2 بررسی اثر ضخامت لوله های درونی و بیرونی بر روی بار بحرانی 57
4-3 حالت های لوله بعد از کمانش  64
4-4 نتایج وبحث در مورد بار بحرانی کمانش  66
4-5 مقایسه و نتیجه گیری  78
فصل 5: نتیجه گیری   79
منابع لاتین   82
منابع فارسی   84
پیوست ها   85
چکیده انگلیسی   90


سیستم های لوله در لوله

سیستم های لوله در لوله به طور بسیار گسترده ای در کاربردهای خط لوله ای که در آنها استفاده از عایق گرمايی خط بسیار اهمیت دارد، بکار رفته اند. معمولا، فاصله بین دو لوله در این سیستم ها می تواند خالی بوده و یا در بر گیرنده مواد عایق غیر سازه ای باشد. در آب های عمیق، لوله خارجی باید طوری طراحی شود تا بتواند در برابر خرابی ناشی از فشارهای خارجی محیط مقاوم باشد در حالی که لوله داخلی، در مرحله اول طوری طراحی می شود که در برابر فشارهای هیدروکربنی مایع موجود در دورن آنها مقاوم باشد. علاوه بر این، تحلیل هایی که در آنها بسیاری از فاکتورهای دیگر در نظر گرفته شده اند نیز در این زمینه در دسترس هستند. بنابراین سیستم های لوله در لوله در آب های عمیق را باید برای مقاومت در برابر خرابی لوله خارجی طراحی نمود. همانند خطوط لوله ای تکی، در طول نصب و راه اندازی سازه ها، شرائط خارج از طرح در سازه ها می تواند در آنها بوجود آید که این امر منجر به خرابی های درونی در سازه خواهد شد[1] .
در سیستم های لوله در لوله دریایی عواملی مانند خمش زیاد در زمان نصب لوله، تنش اضافی ناشی از ناهمواری بستر دریا، برخورد عوامل خارجی مانند لنگر کشتی، ابزارهای ماهیگیری و کاهش ضخامت جدار لوله در اثر فرآیندهائی مانند خوردگی، سائیدگی و فرسایش می توانند از عمده دلایل ایجاد کمانش باشند[2،3].

کمانش در لوله های دریایی

لوله های دریایی پوسته های استوانه ای می باشند که طراحی آنها بر مبنای معیارهای تنش، پایداری، خستگی و خروج از گردی انجام می شود[8]. معیار پایداری در لوله دریایی شامل پایداری سازه ای یا پایداری لوله در مقابل کمانش وپایداری در برابر نیروهای هیدرودینامیکی وارده می باشد. در این نوع لوله ها دو نوع ناپایداری سازه ای، به صورت کمانش کلی و کمانش موضعی ممکن است اتفاق بیفتد.
به علت نیروی محوری زیاد ناشی از فشار داخلی و اختلاف دمای داخل و خارج لوله، برای هر لوله وقوع کمانش کلی محتمل است. همچنان که به علت اعمال نیروی بیش از حد در نقطه ای از لوله احتمال وقوع کمانش موضعی (خرابی) وجود دارد. معیار طراحی لوله در برابرکمانش موضعی یک فشار مشخصه به نام فشار خرابی می باشد. این فشار، حداقل فشاری است که باعث به وجود آمدن خرابی در لوله می گردد.
هر گاه لوله در آب عمیق کار گذارده شود مساله ناپایداری موضعی در آن با دیگر خطوط لوله تفاوت اساسی دارد. این تفاوت از آنجا ناشی می شود که به واسطه قرار گرفتن لوله تحت فشار بسیار زیاد، که همان فشار هیدروستاتیکی آب می باشد، ناپایداری موضعی قابلیت انتشار طولی پیدا می کند. اهمیت این موضوع تا حدی است که برای لوله های آب عمیق، جلوگیری از وقوع خرابی و انتشار آن بدل به موضوع اصلی طراحی می گردد[9].

وقوع خرابی در لوله دریایی

در یک لوله استاندارد هر گاه مقدار فشار خارجی به فشار خرابی برسد لوله دچار کمانش موضعی خواهد شد. در این حالت ترکیب بحرانی خمش و فشار، موجب شکل گیری مکانیزم مفصل های پلاستیک در مقطع عرضی لوله می شود. سپس بیضی شدگی در ضعیف ترین نقطه در لوله متمرکز شده، یک کمانش موضعی در همان نقطه تشکیل می شود. برای تخمین فشار خرابی تا حال روابط متعددی ارائه شده است، که یکی از کاربردی ترین آنها رابطه ای است که توسط آئین نامه API[13] پیشنهاد شده است:

P_c=(P_y P_e)/√((P_y^2+P_e^2 )
P_e=2.2 E(t⁄D)^3 (1-1)
P_y=(2Fy t)/D

در این رابطه PC فشار خرابی،D قطر خارجی لوله، t ضخامت لوله، E مدول الاستیسته و Fy حداقل مقاومت تسلیم معین در جهت محیطی می باشند.

کمانشگیرها

همانطور که اشاره شد لوله های بکار رونده در آب های عمیق، به طور نرمال در معرض فشار خارجی و خمش قرار دارند و به گونه ای طراحی شده اند که بتوانند در برابر کمانش و شکست های ناشی از خرابی مقاومت نمایند. خط لوله ای که به طور نرمال آسیب دیده باشد می تواند خراب شود و در صورتی که فشار هیدرواستاتیک به اندازه کافی بالا باشد، می توان شاهد انتشار خرابی در طول خط لوله بود. از آنجا که فشار انتشار خرابی خارجی در مقایسه با فشار خرابی خارجی کمتر است، در نتیجه نصب کمانشگیر در بازه های طولی مختلف در خط لوله بسیار لازم می نمایند. کمانشگیرها از ابزارهائی هستند که به طور معمول منجر به افزایش در سختی خمشی لوله در راستای محیط لوله خواهند شد و در نتیجه می توان شاهد ایجاد مانعی در مسیر انتشار کمانش بود. انواع بسیار مختلفی از کمانشگیرها وجود دارد اما تمامی آنها معمولا شکل دایره ای با ضخامت دیواره بالا دارند. فشار خارجی لازم برای انتشار فشار خرابی از طریق کمانشگیرها فشار همگذری و یا تقاطعی خرابی است.

مود Flip-Flop خرابي

در اين حالت خرابي، كه در فشار هاي خارجي حدود 90 درصد يا بيشتر فشار خرابي رخ مي دهد و با توجه به شكل خاصش مد Flip-Flop ناميده مي شود، ابتدا خرابي مقداری در لوله منتشر مي شود، سپس در محلي به يكباره 90 درجه مي چرخد و در موقعيت جديد انتشار خود ادامه مي دهد . پس از طي مسافتي در اين موقعيت، دوباره 90 درجه مي چرخد و به حالت اصلي خود برمي گردد. اين روند كه Flipping ناميده مي شود، در فواصل معين در طول لوله تكرار مي شود و آن قدر ادامه مي يابد تا كل لوله را خراب كند.

مرور

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است .