تحلیل استاتیكی و دینامیكی پایه های مخازن در ارتفاع گاز فشرده و بهینه‌سازی آنها برای شرایط طوفان و زلزله

یكی از مخازنی كه به وفور مورد استفاده قرار میگیریند مخازن گاز فشرده میباشند. در این پروژه ما قصد داریم به انالیز استاتیكی و دینامیكی پایه هایی از مخازنی كه در ارتفاع نصب میشوند بپردازیم و نیز علاوه بر این قصد داریم مشخصات از مخازن را در ارتفاع داده و برای شرایط زلزله و طوفان بهینه سازی نماییم.

بدین منظور ابتدا هر دو مدل رایج پایه های مخازن فشرده گاز برای مقایسه و بهینه سازی را در شرایط طوفان و زلزله در نظر میگیریم . همچنین برای زلزله نیز از یكی از نمونه های زلزله واقعی كه در اقیانوس هند در سال 2004 میلادی رخ داده بهره میجوییم و با استفاده از نمودارهای لرزه نگاری مربوط به این زلزله نیروهای وارده بر هر یك از پایه ها را محاسبه مینماییم . ضمنا سرعت طوفان را نیز با فرض حدود صد و سی كیلومتر بر ساعت محاسبه نموده و با استفاده از فرمول های كتاب سیالات فاكس نیروی درگ وارده بر مخزن و پایه ها را محاسبه مینماییم. علاوه بر این بار ثقلی مخزن كه شامل وزن سیال داخل مخزن، وزن پوسته مخزن و وزن اسكلت نگهدارنده مخزن میباشد را و همچنین بار مرده ی مخزن را كه بار برفی كه روی سطح فوقانی مخزن قرار میگیرد را در نظر میگیریم. سپس با استفاده از نرم افزار انسیس و انجام عمل مش بندی و آنالیز تنش ،‌ تنش وارده بر هر یك از المان ها و نود های ( گره ، nod ) موجود برای هر دو مدل میپردازیم. و بر این اساس و با كمك نرم افزار انسیس مدل برتر را در شرایط بارگذاری یكسان شناسایی میكنیم . سپس با استفاده از نرم افزار انسیس ورك بنچ ( Ansys workbench ) به بهینه‌سازی مدل مربوطه با دیدگاه اقتصادی میپردازیم. و بدین ترتیب كه حداقل قطر استاندارد پایه ها را در شرایط بارگذاری مدل شده در حالت بهینه بدست میاوریم .

فهرست مطالب

چكیده  1

مقدمه  2

فصل اول : كلیات

1-1 كلیات طراحی مخازن تحت فشار 4

1-2 مواد مورد استفاده در ساخت مخازن 4

1-3 جرم مخازن  5

1-4 بررسی تنش در دیواره های مخزن 5

1-5 نكاتی در رابطه با نرم افزار Ansys 5

فصل دوم : تحلیل پایه های مخازن

2-1 پایه های مخازن  7

2-2 شرایط پیش فرض  8

2-3 استاندارد لوله های مانسمان 10

2-4 بارگذاری ثقلی مرده  11

2-5 بار برف  11

2-6 بارگذاری زلزله  11

2-7 بارگذاری طوفان  14

فصل سوم : آنالیز نیرویی با نرم افزار قدرتمند ansys classic

3-1 مشخصات سیستم مورد استفاده 18

3-2 تحلیل پایه های مدل ساده ( مدل اول ) 20

3-3 مقادیر Axial stress در المان های پایه ها 31

3-4 مقادیر تنش های خمشی و برشی در المان های پایه ها 33

3-5 مقادیر تنش های پیچشی درالمان های پایه ها 35

3-6 تحلیل مدل دوم پایه مخازن 37

3-7 مقادیر Axial stress در المان های پایه ها 46

3-8 مقادیر تنش های خمشی و برشی در المان های پایه ها 48

3-9 مقادیر تنش های پیچشی در المان های پایه ها 50

3-10 مقایسه بین دو مدل  52

3-11 نتیجه گیری  58

فصل چهارم : بهینه سازی

4-1 فرضیات  59

4-2 محاسبات نرم افزاری بهینه سازی 62

4-2 محاسبات نرم افزار Ansys work bench 67

4-3 جواب های نرم افزار Ansys work bench 68

نتیجه گیری  106

منابع و ماخذ

فهرست منابع فارسی  107

فهرست منابع لاتین  108

سایت های اطلاع رسانی  109

فهرست اشكال

2-1پایه مخازن – مدل ساده  7

2-2 پایه مخازن – مدل V شكل 7

2-3 شناسایی نوع جریان با توجه به عدد رینولدز ( جریان شناسی ) 16

2-4 محاسبه ضریب درگ با استفاده از عدد رینولدز 17

3-1 مشخصات المان و راستاهای اصلی 19

3-2 المان ها و گره های مشخص شده برای نرم افزار در مدل اول ( مدل ساده ) 20

3-3 وارد كردن مقادیر نیرو به نرم افزار 21

3-4 نتایج Translation المان های پایه ها در راستاهای X,Y,Z 25

3-5 نتایج Rotation المان های پایه ها در راستاهای X,Y,Z 28

3-6 المان ها و گره های مشخص شده برای نرم افزار در مدل دوم 38

3-7 نتایج Translation المان های پایه ها در راستاهای X,Y,Z 40

3-8 نتایج Rotation المان های پایه ها در راستاهای X,Y,Z 43

3-9 مقایسه Translation بین مدل اول و دوم 54

3-10 مقایسه Rotation بین مدل اول و دوم 55

4-1 نمودار جرم بر حسب تكرار 64

4-2 نمودار قطر بر حسب تكرار 65

4-3 نمودار ضخامت بر حسب تكرار 66