مدل‌سازی رفتار لوله‌های کامپوزیتی زمینه پلیمری حامل سیال در معرض آتش هیدروکربنی
الموضوعات :علیرضا رحیمی 1 , احسان سلاحی 2
1 - واحد مرودشت
2 - واحد مرودشت
الکلمات المفتاحية: آتش, تحلیل مکانیکی-حرارتی, کامپوزیت, لوله‌های کامپوزیتی زمینه پلیمری,
ملخص المقالة :
علی‌رغم خواص مکانیکی بسیار خوب مواد کامپوزیتی، مقاومت این مواد در برابر آتش مناسب نیست. بنابراین با توجه به استفاده روزافزون از لوله‌های کامپوزیتی به‌ویژه در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، تحلیل آتش‌سوزی در این لوله‌ها بسیار پراهمیت است. مهم‌ترین هدف این مقاله بررسی اثرات آتش بر مقاومت لوله‌های کامپوزیتی و میزان و مدت‌زمان دوام آوردن آن‌ها با انجام تحلیل حرارتی-مکانیکی به روش عددی برای لوله‌ی کامپوزیتی حامل سیال با بهره‌گیری از نرم‌افزار MATLAB بوده است. در مرحله مدل‌سازی حرارتی ابتدا توزیع حرارت ناشی از آتش‌سوزی مواد نفتی در لوله کامپوزیتی برحسب مکان و زمان به‌دست آورده شده و سپس در مرحله مدل‌سازی مکانیکی، افت خواص مکانیکی براثر این افزایش دما محاسبه شده و با در نظر گرفتن تنش‌های وارده از طرف سیال داخل لوله و همچنین تنش‌های حرارتی به وجود آمده، تنش‌های نهایی محاسبه شده است. سپس مدل حرارتی-مکانیکی حاصل با نتایج موجود در مقالات مرتبط، اعتبارسنجی شده و مورد استفاده قرار گرفته است. در نهایت با استفاده از معیار شکست Tsai–Wu زمان شکست لوله کامپوزیتی محاسبه شد. نتایج نشان دادند که با تخمین زمان شکست لوله کامپوزیتی، می‌توان میزان نیروی قابل‌تحمل توسط لوله را در شرایط مختلف تأثیر آتش بر لوله، تعیین کرد.
-1 سلاحی احسان، مقاومت، عملکرد و مدل‌سازی سازه‌های کامپوزیتی در معرض آتش، سازمان چاپ و انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی، چاپ اول، مرودشت، 1395. “
2. Gibson AG., Wu YS., Evans JT., Mouritz AP., Laminate Theory Analysis of Composites Under Load in Fire, Journal of Composite Materials, 40, 639-697, 2006.
3. Feih S., Mathys Z., Gibson AG., Mouritz AP., Modelling the Compression Strength of Polymer Laminates in Fire, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 38, 2354-2365, 2007.
4. Robinson P., Greenhalgh E., Silvestre P., Editors., Failure Mechanisms in Polymer Matrix Composites: Criteria, Testing and Industrial Applications, Cambridge: Woodhead Publishing, England, 2012.
5. Luo C., Lua J., DesJardin PE., Thermo-Mechanical Damage Modeling of Polymer Matrix Sandwich Composites in Fire, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 43, 814-821, 2012.
6. Anjang A., Chevali VS., Lattimer BY., Case SW., Feih S., Mouritz AP., Post-Fire Mechanical Properties of Sandwich Composite Structures, Composite Structures, 132, 1019-1028, 2015.
7. Rizk G., Legrand V., Khalil K., Casari P., Jacquemin F.,
Durability of Sandwich Composites Under Extreme Conditions: Towards the Prediction of Fire Resistance Properties Based on Thermo-Mechanical Measurements, Composite Structures, 186, 233-245, 2018.
8. Sepehri A., Selahi E., Damage Evaluation of Protected and Non-Protected Composite Sandwich Panels with Insulation Subjected to Fire and Impact Loads, Iranian Journal of Science and Technology: Transactions of Mechanical Engineering, 44, 333-345, 2020.
9. Selahi E., Setoodeh A.R., Tahani M., Failure Analysis of Fiber Glass-Vinylester Composite Cylinders Subjected to Fire and Asymmetric Transient Pressure, Polymer Composites, 42, 5607–5623, 2021.
10. Nguyen Q., Tran J., Ren X., Zhang G., Mendis P., Fire Performance of Maritime Composites, Cambridge: Woodhead Publishing, England, 2019.
11. Zhang Z, Thermo-Mechanical Behavior of Polymer Composites Exposed to Fire, Virginia Tech, USA, 2010.
12. Fire Tests on Building Materials and Structures, British Standards Institution BS 476, Part 20, 1987.
13. Kaw AK., Mechanics of Composite Materials, CRC press, USA, 2006.
