Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

2 2013

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: composite-reinforced metal cylinders

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Modeling and optimization of fiber reinforced pressure chamber for subsea applications

Nowak T.

Composites Theory and Practice

2013

R. 13, nr 4

275--281

Since today's petrochemical industry is able to explore the seabed at the level of 3000 m, there is also a need to provide reliable, but cost effective enclosures for the respective technical equipment. This paper gives in-depth analysis of the design aspects for fiber reinforced pressure chambers, which are installed in the subsea environment. A chamber structure consisting of a metal liner and fiber reinforced composite is considered. Two theoretical models: for a generalized orthotropic material and for a laminated composite are recalled and used in the analytical study of the vessel. Finally, a structure optimization procedure is introduced and a verification example is provided.

Dzisiejszy przemysł wydobycia ropy i gazu eksploruje dno morskie, sięgając trzykilometrowych głębin. Wysokie ciśnienie hydrostatyczne panujące na tym poziomie stawia znaczne wymagania wytrzymałościowe wobec zbiorników instalacji wydobywczej. W artykule przedstawiono zagadnienia związane z projektowaniem i optymalizacją zbiorników stalowych wzmocnionych kompozytem włóknistym. Przywołano teorię materiału ortotropowego oraz model laminatu kompozytowego, podano także analityczną metodę wymiarowania zbiornika wielowarstwowego. Zaprezentowano również metodę optymalizacji konstrukcji, która pozwoliła uzyskać znaczną sztywność zbiornika ciśnieniowego przy zachowaniu jego małej masy.

Non-linear mechanical analysis of the composite overwrapped cylinder for hydraulic applications

Nowak T., Schmidt J.

Advances in Manufacturing Science and Technology

2013

Vol. 37, nr 4

31--48

This paper provides a new method for an elasto-plastic analysis of stress and deformation fields in the composite overwrapped cylinder under the pressure load. The cylinder structure consisting of steel liner and composite shell was examined. The non-linear properties of the steel tube, and orthotropic properties of the composite were assumed in this analysis. The compound cylinder was checked against internal working pressure and external axial forces. The optimal design parameters of the pressurized vessel were found by analytical as well as numerical methods, and later validated in experimental measurements. It was generally found, that composite reinforcement does not contribute very much to the mechanical performance of the cylinder when the steel liner works in elastic range, but, in contrast, it provides a big support when the metal tube approaches plastic deformation. This phenomenon allows to increase the power-to-weight ratio of the pressurized vessel, what is especially important for demanding hydraulic applications.

W pracy przedstawiono metodę analizy mechanicznej cylindra hydraulicznego wzmocnionego płaszczem kompozytowym. Cylinder poddano obciążeniu roboczemu wywołującemu odkształcenie sprężysto-plastyczne. W analizie uwzględniono nieliniową zależność naprężenie-odkształcenie dla tulei metalowej, natomiast dla kompozytu polimerowego założono ortotropię jego właściwości. Obciążenie robocze powoduje zarówno ciśnienie działające na wewnętrze ścianki cylindra, jak i zewnętrzna siła osiowa. Zaproponowano nową, analityczną metodę obliczeniową. Stanowi ona podstawę do optymalizowania konstrukcji cylindra: doboru materiału kompozytowego, orientacji poszczególnych warstw oraz ich grubości. Prowadzono zarówno weryfikację numeryczną metodą elementów skończonych, jak i laboratoryjną poprzez realizację opracowanego programu badań. Analiza uzyskanych wyników pozwala stwierdzić, że wzmocnienie kompozytowe nie jest znacznie obciążone, dopóki stalowa tuleja pracuje w zakresie sprężystym odkształcenia. Zwiększenie obciążenia roboczego powoduje, że naprężenie jest większe od granicy sprężystości metalu. Zwiększa się również odkształcenie plastyczne. Wówczas znaczną część obciążenia przejmuje płaszcz kompozytowy. Zjawisko to jest korzystne – umożliwia lepsze wykorzystanie materiału cylindra i jednocześnie zabezpiecza tuleję stalową przed nadmiernym obciążeniem.