تحسين زوايا لف الألياف لتحسين الأداء الهيكلي لأوعية الضغط المركبة باستخدام تحليل العناصر المحدودة

الملخص

من التجارب التي أُجريت على الأوعية المضغوطة، لوحظ بوضوح أن المواد المركبة توفر جودة وسلامة فائقتين مقارنة بالأوعية المصنوعة من الفولاذ. ومع ذلك، لا يزال التحدي الرئيسي يتمثل في تحديد زوايا اللف الأمثل للألياف، حيث يتم تصنيع معظم الأوعية المركبة باستخدام تقنية لف الخيوط (Filament Winding). تبحث هذه الدراسة في تحسين زوايا لف الألياف في الأوعية المضغوطة المركبة (CPVs) بهدف تحسين الأداء الهيكلي دون زيادة السُمك أو الوزن. وقد أظهرت المواد المركبة أنها توفر سلامة فائقة وتقلل الوزن مقارنة بالأوعية الفولاذية التقليدية، مما يبرر تكلفتها الأعلى قليلاً. انطلاقاً من الدراسة السابقة، والتي استخدمت فيها ترتيب طبقات لف بـتركيب [0,66,0,-66,0]α في أسطوانة الغاز المركبة، تقيم هذه الدراسة أربعة تركيبات بديلة: [45,-45,0,65,-65]α و [0,75,0,-75,0]α و [0,50,0,-50,0]α و [0,90,0,90,0]α، باستخدام تحليل العناصر المحددة (FEA) في برنامج ANSYS Workbench. كشفت النتائج أن التركيب [0,50,0,-50,0]α أظهر أفضل أداء، حيث حقق إجهاد hoop = 18 ميجا باسكال وإجهاد محوري = 5 ميجا باسكال مع الحفاظ على نفس الهندسة والوزن. وهذا يؤكد أن تحسين اتجاهات اللف يعزز الأداء الميكانيكي للأوعية المضغوطة المركبة دون المساس بميزة خفة الوزن.