با سلام و احترام در خصوص قسمت طراحی مکانیکال تیوپ شیت و زیر قسمت tube sheet /shell junction stress reduction option یکسری توضیحات تکمیلی نیاز داشتم که این حالت perform elastic plastic calculation , و مدل analysis as simply support , مدل none کی و کجا مورد استفاده قرار می گیرد و دلایل تخصیص و مزایا هر کدام به چه صورتی هست و اگر رفرنسی در این خصوص هست ممنون می شم ارایه بفرمایید
سلام و احترام.
در طراحی مکانیکال تیوپ‌شیت (Tube Sheet) ، به ویژه در ناحیه اتصال آن به پوسته (Shell)، تحلیل‌های مختلفی انجام می‌شود تا تنش‌ها و کرنش‌های موجود در این ناحیه ارزیابی و کاهش یابد. این بخش یکی از بحرانی‌ترین نقاط در طراحی مبدل‌های حرارتی و بویلرها است:
1. Perform Elastic-Plastic Calculation ( تحلیل الاستیک-پلاستیک )
این نوع تحلیل زمانی استفاده می‌شود که:
- تنش‌های اعمال‌شده در ناحیه اتصال (Tube Sheet/Shell Junction) از حد الاستیک ماده فراتر می‌رودو به ناحیه پلاستیک وارد می‌شود
- شرایط طراحی سخت‌گیرانه‌ای وجود دارد ، مانند دماهای بالا، فشارهای بالا یا تغییرات ناگهانی بارگذاری که باعث ایجاد کرنش پلاستیک می‌شود.
- برای بهینه‌سازی وزن و ابعاد مبدل حرارتی، از تحلیل پلاستیک استفاده می‌شود تا طراحی اقتصادی‌تری داشته باشیم.
- استانداردهایی مثل ASME Section VIII, Division 2 یا EN 13445 ممکن است استفاده از این روش را برای طراحی‌های خاص الزامی کنند.
ملزومات :
مدل‌سازی دقیق سه‌بعدی از اتصال Tube Sheet/Shell.
استفاده از نرم‌افزارهای اجزای محدود (FEM) مانند ANSYS، Abaqus یا PVElite برای تحلیل.
محاسبه ضریب تمرکز تنش (Stress Concentration Factor - SCF) و بررسی آن بر اساس حد مجاز استاندارد.
بررسی کرنش پلاستیک تجمعی و اطمینان از عدم شکست در شرایط بارگذاری طولانی‌مدت.
تحلیل خستگی و خزش (در صورت دمای بالا یا سیکل‌های متعدد بارگذاری).
موارد استفاده :
- مبدل‌های تحت فشار بالا و دماهای بالا.
- زمانی که نیاز به تحلیل دقیق رفتار خزش (Creep) یا خستگی (Fatigue) داریم.
- در صورتی که ضخامت Tube Sheet یا Shell محدود باشد و نتوان از افزایش ضخامت برای کاهش تنش‌ها استفاده کرد.
2. Simply Supported مدل تکیه‌گاه ساده (
در این مدل، فرض می‌شود که تیوپ‌شیت به صورت ساده روی پوسته قرار گرفته است و اتصالات جوشی یا مکانیکی، تکیه‌گاه‌های ساده‌ای فراهم می‌کنند.
- فرضیات :
- تیوپ‌شیت تنها تحت نیروی فشاری یا برشی است و انتقال ممان خمشی از پوسته به تیوپ‌شیت محدود یا صفر است.
- توزیع تنش ساده‌تر و یکنواخت‌تر از حالت واقعی در نظر گرفته می‌شود.
مزایا :
- تحلیل ساده‌تر و سریع‌تر است و می‌تواند برای محاسبات اولیه یا طراحی‌های غیر بحرانی استفاده شود.
معایب :
- این مدل نمی‌تواند تنش‌های واقعی ناشی از ممان‌های خمشی در اتصالات را به‌درستی در نظر بگیرد.
موارد استفاده :
- مبدل‌های کوچک و با بارگذاری سبک .
- زمانی که تحلیل دقیق نیاز نیست و شرایط طراحی ساده و کم‌تنش است.
. None بدون کاهش تنش یا مدل ساده
این گزینه زمانی استفاده می‌شود که:
- هیچ تحلیل خاصی برای کاهش تنش در ناحیه اتصال Tube Sheet/Shell انجام نمی‌شود .
- ممکن است ناحیه اتصال تحت شرایط بارگذاری کم یا متوسط باشد و یا الزامات استاندارد نیازی به انجام تحلیل پیچیده نداشته باشد.
موارد استفاده :
- مبدل‌های حرارتی کوچک یا دارای ضخامت بالای Tube Sheet که خود به‌طور طبیعی تنش‌ها را تحمل می‌کند.
- پروژه‌هایی با اهمیت کمتر یا تحت استانداردهای کمتر سخت‌گیرانه.
انتخاب روش مناسب :
پارامترهای تأثیرگذار :
فشار و دمای طراحی (Design Pressure & Temperature).
محدودیت‌های ابعادی برای ضخامت Tube Sheet و Shell.
نوع سیال و شرایط عملکرد (مانند خوردگی، خستگی، یا شوک حرارتی).
الزامات استانداردها (ASME، TEMA، EN و غیره).
اقتصادی بودن و سهولت ساخت .
توصیه‌ها :
- برای مبدل‌های تحت فشار و دمای بالا از روش Elastic-Plastic استفاده کنید.
- برای طراحی‌های ساده و غیر بحرانی می‌توانید از مدل Simply Supported یا None استفاده کنید، اما دقت داشته باشید که ممکن است نتایج دقیق‌تر نیاز باشد.
اگر نیاز به توضیحات بیشتر یا مثال‌های عددی از استانداردهای ASME یا EN دارید، بفرمایید.
. طراحی مکانیکی Tube Sheet
طراحی تیوپ‌شیت باید به گونه‌ای باشد که تنش‌ها به حداقل برسد. موارد زیر باید در نظر گرفته شود:
الف ) ضخامت Tube Sheet
- ضخامت تیوپ‌شیت باید به اندازه‌ای باشد که بتواند:
- تنش‌های خمشی ناشی از فشارهای داخلی و خارجی را تحمل کند.
- تنش‌های برشی ناشی از بارگذاری لوله‌ها را تحمل کند.
- محاسبات مربوط به ضخامت تیوب شیت بر اساس bending stress