بررسی رفتار ترک ناشی از خوردگی در مخازن فلزی تعمیر شده با الیاف کامپوزیتی تحت بارگذاری مونوتونیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 فارغ‌التحصیل دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

وجود ترک در مخازن حامل سوخت و خطوط لوله در مقابل بارهای متناوب، موجب رشد آن در ناحیه آسیب خواهد شد و فرآیند انتقال سوخت را با مشکل همراه خواهد کرد. استفاده از الیاف کامپوزیتی به منظور ترمیم ناحیه آسیب‌دیده می‌تواند به افزایش عمر سازه و قطعه منجر شود و مانع از بروز خرابی‌های بیشتر به هنگام تخلیه و سوخت‌گیری مجدد گردد. در این تحقیق برای نخستین بار یک مخزن فولادی تحت بارگذاری مونوتونیک با نرخ افزایش یک مگاپاسکال در دقیقه قرار گرفته است. معمولاً جنس این نوع سازه‌ها از فولاد  API 5L X65  است و شرایط تعمیر مطابق با استاندارد ISO24817 و ASME PCC-2 صورت می‌گیرد. تحلیل عددی این سازه‌ها با توجه به نوع نقص موجود در آن و مقایسه آن با مخزن ترمیم‌ یافته، می‌تواند شرایط مطلوب کاری را پیش‌ بینی نماید. همچنین وجود ترک در این نوع مخازن با توجه به نوع خوردگی باعث تمرکز تنش بالا و تغییر شکل آن‌ها خواهد شد. استفاده از الیاف کامپوزیت و فضاساز باعث کاهش سطح تنش و جلوگیری از رشد ترک ناشی از خوردگی خواهد شد. از مزایای تعمیر به کمک الیاف کامپوزیت، می‌توان به عدم قطع جریان سیال داخل لوله هنگام تعمیر، نصب آسان، کاهش هزینه‌ها و همچنین ارتقاء ایمنی آن اشاره کرد. از این رو این روش، میزان تمرکز تنش را در ناحیه خوردگی کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analysis of crack behavior caused by corrosion in metal vessel repaired with composite under monotonic loading

نویسندگان [English]

  • MirMeysam Niksirat 1
  • Gholamhosein Rahimi 2
  • Shahram Hosseini 3
1 MSc Student, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Professor, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 PhD Graduate, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The presence of cracks in fuel vessels and pipelines against intermittent loads will cause them to grow in the damaged area and cause problems in the fuel transfer process. Using composite fibers to repair the damaged area can increase the life of the structure and part and prevent further damage during unloading and refueling. In this research, a steel tank is subjected to monotonic loading with an increase rate of 1 MPa per minute. The main material of these types of structures is API 5L X65 steel, and the repair conditions are made according to ISO24817 and ASME PCC-2 standards. Numerical analysis of these structures according to the type of defect in it and comparing it with the repaired tank can predict the optimal working conditions. Also, the presence of cracks in this type of tank due to the type of corrosion will cause a lot of stress concentration and change their shape. Using composite fibers and spacers will reduce the stress level and prevent the growth of cracks caused by corrosion. Among the advantages of repairing with the help of composite fibers are the non-interruption of fluid flow inside the pipe during the repair, easy installation, reduced costs, and improved safety. Therefore, this method reduces the stress concentration in the corrosion area.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Repair with Composite Fibers
  • Defects
  • Cracks
  • Fuel Vessel
  • Corrosion

مراجع

[1]  Saeed N, Ronagh H, and Virk A. Composite repair of pipelines, considering the effect of live pressure-analytical and numerical models with respect to ISO/TS 24817 and ASME PCC-2. Composites Part B: Engineering: 2014;58: 605-610. doi: 10.1016/j.compositesb.2013.10.035
[2]  Vaziri A. and Estekanchi H. Buckling of cracked cylindrical thin shells under combined internal pressure and axial compression. Thin-Walled Structures: 2006; 44(2): 141-151. doi: 10.1016/j.tws.2006.02.004
[3]  Zecheru G. Methods for determining the remaining strength factor of pipelines with volumetric surface defects. Rev Chim: 2015.; 66: 710-717.
[4] Cai J, Jiang  X, and Lodewijks G. Residual ultimate strength of offshore metallic pipelines with structural damage a literature review. Ships and Offshore Structures: 2017;12(8):1037-1055. doi: 10.1080/17445302.2017.1308214
[5]  Bjørnøy O, Sigurdsson G, and Cramer E. Residual strength of corroded pipelines, DNV test results. Paper presented at the tenth international offshore and polar engineering conference; Seattle; Washington; USA; May 2000. ISOPE-I-00-140
[6]  Abeele F, Galvan B, Ramose P,and Muylle J. Numerical simulation of the interference between trawl gear and offshore pipelines. in proceedings of the sixth international pipeline technology conference; Ostend: Lab. Soete and tiratsoo technical; Clarion teechnical conferences the european pipline research group; 2013.
[7] Ghaednia H, Sreekanta D, Rick W, Richard K. Safe burst strength of a pipeline with dent–crack defect: effect of       crack depth and operating pressure. Engineering Failure Analysis; 2015; 55: 288-299. doi: 10.1016/j.engfailanal.2015.06.005
[8]  Karamanos S ,and K Andreadakis. Denting of internally pressurized tubes under lateral loads. International Journal of Mechanical Sciences; 2006; 48(10): 1080-1094. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2006.03.018
[9]  Lavigne O, Gamboa E,Castin W, Law M, Luzin V, Linton V. Microstructural and mechanical factors influencing high pH stress corrosion cracking susceptibility of low carbon line pipe steel. Engineering Failure Analysis; 2014; 45: 283-291. doi: 10.1016/j.engfailanal.2014.07.011
[10] Smiderle J, Juan Manuel P, Sérgio T. Premature failure of superduplex stainless steel pipe by pitting in sea water environment. Engineering Failure Analysis: 2014;46: 134-139. doi: 10.1016/j.engfailanal.2014.08.001
[11] Abtahi A, and Rahimi M. Analytical and numerical investigation of defective metal reservoirs using composite layering. In: Proceedings of the 29th International Congress of the Iranian Society of Mechanical Engineers and the 8th Symposium on the Industry of Thermal Power Plants. 1400. ISME: Khajeh Nasir Toosi University of Technology; Tehran; Iran.
[12] Piping A, API 5L seamless & welded pipe, A.P.P. stock, Editor. 2015, American Piping: UNITED STATES.
[13] Stress Engineering Services, I., ASME PCC-2 & ISO 24817 Certification Document Armor Plate 360 ZED Repair System. 2017, 13800 Westfair East Drive: Houston, Texas. doi: 10.1115/IPC2020-9571
[14] Lim K, Azraai S, Yahaya N, Noor N, Zardasti L, Kim J. Behaviour of steel pipelines with composite repairs analysed using experimental and numerical approaches. Thin-Walled Structures: 2019; 139: 321-333. doi: 10.1016/j.tws.2019.03.023
مهندسی ساخت و تولید ایران
دوره 10، شماره 3 - شماره پیاپی 65
مقالات برتر کنفرانس مهندسی ساخت و تولید ایران 2022
خرداد 1402
صفحه 34-42

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار