Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Hasani,Saied housain Dibajian
حسین حسنی (استاد راهنما) سیدحسین دیباجیان (استاد مشاور)
 
STUDENT
Elahe Omranipoode
الهه عمرانی پوده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Experimental Study and Simulating the Mechanical Properties of Composite Pipes Reinforced with Innovated 3D Tubular Weft Knitted Spacer Fabrics
Pipes are used to traort oil, gas, water, sanitation and protection of telecommunication cables and transmission lines. Conventional metal pipes were replaced by fiber-reinforced composite pipes due to their disadvantages such as high weight and lack of resistance in corrosive environment. Tubular textiles can be produced using different conventional production systems such as filament winding, weaving, braiding and knitting. Weft knitting technology has a high potantial to produce the tubular and 3D complex structures. This study untertakes to investigate the mechnaical properties of the glass-epoxy composite pipe reinforced with 3D weft knitted spacer fabrics. The tubular spacer fabrics were produced on a modern flat knitting machine in a tubular form. This tubular structure consists of two independent outer and inner layers in cylindrical form that can be connected by several connecting layers. The produced knitted fabrics was utilized as reinforcement part to faricate a themoset composite using hand lay-up and vacuum infusion molding methods. Mechanical properties of the thermoset tubular composite reinforced with spacer knitted fabrics have not reported in the litrature. The tubular composites were subjeted to internal hydrostatic pressure and external static pressure. Multi-scaled finite element modeling was used to simulated the mechanical properties of the produced composite. The unit-cell of the knitted structure was created in Catia software and then fed to Abaqus software for further analysis. Engineering constants were obtained from fabric unit-cell riched by resin. Using the homogenization techniqe, the extracted engineering constants was assigned to a macro-scale model of knitted composite. The mechanical properties of composite structure were simulated in term of internal hydrostatic and external static pressures. The findings shows acceptable correlation between experimental and modeling results. Keywords: Composite pipes, External static pressure, Glass/epoxy composites, Internal hydrostatic pressure, Numerical simulation, Weft knitted spacer fabrics.
لوله‌های زیرزمینی به‌منظور انتقال نفت، گاز، آب، فاضلاب و حفاظت از کابل‌های مخابراتی و خطوط انتقال نیرو استفاده می‌شود. معایبی مانند وزن بالا و عدم مقاومت در محیط‌های خورنده سبب شده لوله‌هایی با ساختار کامپوزیتی جایگزین لوله‌های اجزای فلزی شوند. کاهش وزن، استحکام، سختی و مقاومت بالا در برابر خوردگی پذیرش عملی این نوع لوله‌ها را در صنایع متعدد محقق ساخته است. منسوجات لوله‌ای شکل در تمامی سیستم‌های متداول تولیدی مانند رشته پیچی، بافندگی تاری- پودی، بریدینگ و حلقوی قابلیت تولید دارند. ازآنجایی‌که فناوری حلقوی، یکی از روش های بافندگی است که قابلیت‌های متنوعی برای ایجاد ساختارهایی با هندسه‌ی سه‌بعدی و اشکالی پیچیده، مطابق با ذهن بشریت را داراست؛ در این مطالعه، جهت تولید نسل جدیدی از منسوجات لوله‌ای شکل با ساختار اسپیسر سه‌بعدی از فرآیند بافندگی حلقوی پودی استفاده شد و در ادامه این منسوجات لوله‌ای شکل به دو روش تزریق رزین به‌صورت دستی و انتقال رزین با استفاده از کیسه و خلأ، به شکل لوله‌های کامپوزیتی قالب‌گیری شدند. این ساختارهای اسپیسر لوله‌ای شکل شامل دو سطح استوانه‌ای شکل خارجی و داخلی هستند که توسط جداره‌های میانی (لایه‌های متصل‌کننده) به یکدیگر متصل شده‌اند. از مزایای این نوع لوله‌ها می‌توان به‌سختی ویژه‌ی بالا، نسبت استحکام به وزن زیاد، عایق حرارتی بالا، مقاومت بالا در برابر خوردگی، مقاومت در برابر لایه‌لایه شدن و مقاومت در برابر نیروهای کشش استاتیکی (فشار هیدرو استاتیکی داخلی) اشاره کرد. تعیین ویژگی‌های لوله‌های کامپوزیتی نظیر مقاومت فشار هیدرو استاتیکی داخلی (کشش استاتیکی) و نیروی فشار استاتیکی خارجی، تاکنون محدود به لوله‌های چند جداره با لایه‌های کاملاً مجزا بوده و خواص مکانیکی لوله‌های کامپوزیتی تقویت‌شده با منسوجات لوله‌ای شکل سه‌بعدی با ساختاری دوجداره و یکپارچه مورد تحلیل قرار نگرفته است. در این پژوهش، استحکام فشار هیدرواستاتیکی داخلی (کشش استاتیکی) و فشار استاتیکی خارجی لوله‌های کامپوزیتی مذکور با روش اجزای محدود شبیه‌سازی گردید و مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفت. به‌منظور مدل‌سازی کامپوزیت‌های لوله‌ای شکل تقویت‌شده با منسوجات اسپیسر حلقوی پودی، به علت وضعیت خمیده‌ی نخ‌ها در مدل تقاطعی، سلول واحد کامپوزیت شامل نخ‌های متقاطع قرارگرفته در مکعب رزین ابتدا در نرم‌افزار کتیا ترسیم و سپس به محیط نرم‌افزار آباکوس تغذیه شد. بدین ترتیب که ابتدا سلول واحد ساختار در مقیاس مزو موردبررسی قرار گرفت و خواص الاستیک آن استخراج گردید. سپس با استفاده از تکنیک همگن سازی خواص به‌دست‌آمده از سلول واحد در مقیاس مزو به سازه‌های کامپوزیتی در مقیاس ماکرو تعمیم داده شد و عملکرد فشار هیدرو استاتیکی داخلی و خارجی (کشش استاتیکی و فشار استاتیکی) آن‌ها شبیه‌سازی شد. نتایج به‌دست‌آمده تطابق قابل قبولی را بین داده‌های به‌دست‌آمده از آزمون‌های تجربی و آزمون‌های شبیه‌سازی نشان داد. کلمات کلیدی: لوله‌های کامپوزیتی، پارچه‌ی اسپیسر حلقوی پودی، فشار هیدرو استاتیک داخلی، کامپوزیت های شیشه/ اپوکسی، شبیه‌سازی عددی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی