Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Forouzan,Ahmad Reza Pishevar
محمدرضا فروزان (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Morteza Alinia
مرتضی علی نیا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Transient Analysis of Stationary Crack Parameters on a Pressurized Pipe
Dynamic fracture is one of the most important challenges facing the pipeline industry. This phenomena can lead loss of revenue and life. Because of expensive experimental tests, analytical and numerical simulations are preferred. Most instances, dynamic fracture mechanics analyses of structural components can safely assume that the external loads are independent of the crack propagation and arrest event. However, for pressure vessels and pipelines this will not always be the case. Here the flow of the contained medium through the crack opening can play a significant role in dictating the crack driving forces. Rapid crack propagation along the axial direction of a gas pipeline is an important typical case. Accordingly the high degree of interaction between the escaping gas and the pipe wall deformation should be considered to obtain exact and reliable results. The main aim of this study is to simulate and analyze stationary cracks using Fluid-Solid Interaction (FSI) method. For this purpose a coupled fluid–structure modeling methodology for pressurized pipelines has been developed. The pipe material have been modeled using the finite-element method with a ductile fracture criterion. The finite-volume method has been employed to simulate the fluid flow inside the pipe, and the resulting pressure profile behind the crack tip, which is the main source of the crack driving force, was computed and applied as a load in the finite-element model. Choked-flow theory was used for calculating the flow through the pipe crack. The study involves three major parts. In the first part the deformation and stress field surround the elliptical notch due to escaping of the high pressure gas, is simulated using 2-way FSI method. In the second part a new approach is developed for analyzing of a stationary crack parameters due to escaping of the gas by combining a 1-way FSI simulation and try and error method. The parameters like dynamic stress intensity factor(K I ), stress field in the front of the crack tip and plastic zone was computed using this new approach. It is assumed that the initial crack is parallel to the pipe axis. Finally in the third part, the results of previous parts are validated by comparison to two experimental tests. The first test which was found in literature, studies aluminum 6061-T6 tube and the other one was been done in the present study using a hyper elastic tube. The very promising results have been obtained. Keyword : High pressure gas transmission pipelines, Dynamic fracture, Stationary crack, Fluid-structure Interaction(FSI), Dynamic stress intensity factor.
پدیده ی شکست دینامیکی مهم ترین چالشی است که صنعت خطوط لوله با آن مواجه است. با توجه به پرهزینه بودن و نیز خطرناک بودن انجام آزمایش های تجربی، شبیه سازی تحلیلی و عددی در این زمینه ضروری می باشد. جهت دستیابی به نتایج دقیق، باید تاثیر متقابل خروج سیال از ترک و تغییرشکل لوله، بر همدیگر، در شبیه سازی لحاظ شود. در پژوهش حاضر با به کارگیری اندرکنش دوسویه ی سیال و سازه، خروج گاز پرفشار از دهانه ی یک چاک بیضوی که در راستای محور لوله قرار گرفته، شبیه سازی شده است. همچنین با استفاده از اندرکنش یک سویه ی سیال و سازه، یک رهیافت نوین برای ترک های ایستا ارائه، و برای یک ترک محوری ایستا پارامترهای ترک نظیر فاکتور شدت تنش دینامیکی و بازشگی ترک، شبیه سازی و محاسبه شده است. جهت اعتبارسنجی نتایج، از نتایج دو آزمایش تجربی استفاده شده است. یکی از این دو آزمایش بر روی لوله ی آلومینیومی و دیگری با استفاده از لوله ی لاستیکی انجام شده است. در هر دو مورد، تطابق خوبی بین نتایج شبیه سازی و نتایج تجربی مشاهده شد. واژه های کلیدی : خطوط لوله ی پرفشار، شکست دینامیکی، ترک ایستا، اندرکنش سیال و سازه، ، فاکتور شدت تنش دینامیکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی