بررسی کمانش و پس کمانش مخزن عمودی پلی اتیلن با ارتفاع 9 متر و قطر 2.5 متر و تاثیر زلزله روی آن و در بخش دوم مخزن با ظرفیت 30 مترمکعب افقی را در این مقاله بررسی می نمائیم.
کمانش و پس کمانش مخازن عمودی
در مطالعه ای که انجام شده است دستگاه سپتیک تانکی که از جنس پلی اتیلن با در نظر گرفتن ابعاد قالب و پروفیل مورد نظر مدلسازی شده و با فرض پر بودن انباره نیروی هیدرواستاتیک روی جداره داخلی سپتیک اعمال شده است. نتایج شامل نتایج مربوط به جابجایی و تنش های موجود در این سیستم می باشد.
تنش ها با در نظر گرفتن یک ضریب اطمینان بر اساس استاندارد موجود با تنش تسلیم سیستم مقایسه شده و مش بندی روی مدل با بالاترین چگالی مش ممکن برای دستیابی به دقیق ترین نتایج اعمال شده است.
تنش ها از نوع Von-Mises در نظر گرفته شده است. شرایط شبیه سازی با فرض پر شدن کامل nsj’hi از آب و همچنین با در نظر گرفتن بالاترین چگالی ممکن برای آب که در دمای 4 درجه سیلیسیوس رخ می دهد در نظر گرفته شده است. همچنین بار زلزله روی مخزن اعمال شده است و آنالیز کمانش با وجود نیروهای هیدرواستاتیک و وزن مخرن و همچنین با اعمال شتاب مورد نظر برای زلزله انجام شده است.
از سوی دیگر کمانش با در نظر گرفتن نیروی وزن یک شخص در لبه کناری عدسی بالایی که بحرانی ترین حالت قرار گیری نیرو برای ایجاد کمانش در سیستم است محاسبه شده است.
برای انجام انالیز ابتدا مودهای کمانش سیستم در 5 مود متوالی محاسبه شده سپس در انالیز static Riks اعمال شده اند و نتایج بدست امده اند.
در این تحلیل سه شکل مود اولیه که ممکن است منجربه ایجاد پدیده باکلینگ شوند در نظر گرفته شده و ضریب مربوط به شکل مود اول بیشتر از سایر شکل مود ها در نظر گرفته شده به دلیل اینکه همواره تابعیت باکلینگ از شکل مود اول بیشتر از سایر مودها است. همچنین در نظر گرفتن مود اول ضروری است.
شکل مودهایی که برای تحلیل بدست امده اند به شکل زیر هستند:
حال با استفاده از مقادیر ویژه بدست آمده برای کمانش می توان باکلینگ را با اعمال سه مود اول آن محاسبه کرد.
شکل 6. تنشها
حداکثر تنش ایجاد شده برابر با 5.36 مگاپاسکال میباشد که با توجه به حداکثر استحکام کششی پلی اتیلن با توجه به استاندارد ASTM D638 برابر با 31.7 مگاپاسکال است در نتیجه هیچگونه شکست و فروپاشی در این سیستم سپتیک رخ نخواهد داد.
ضریب اطمینان برابر با مقدار زیر خواهد بود: n=31.7/5.36=5.91
نتایج مربوط به جابجایی سیستم:
شکل 7. نمای جلو جابجایی افقی
شکل 8. نمای پشت جابجایی های افقی
حال با در نظر گرفتن قرار گیری شخصی به وزن 80 کیلوگرم در لبه ی عدسی بالایی که بحرانی ترین مکان قرار گیری نیرو برای ایجاد کمانش است انالیز را تکرار می کنیم:
شکل 9. نیروی 800 نیوتن در لبه بالایی سپتیک
شکل 10. تنش ها در پایه سپتیک
شکل 11. تنش داخلی مخزن سپتیک
حداکثر تنش ایجاد شده در سپتیک تانک 6.621 مگاپاسکال می باشد و با توجه به استحکام کشش پلی اتیلن که 31.7 مگاپاسکال است پس مخزن ساخته شده از پلی اتیلن با ضریب اطمینان زیر دچار شکست نخواهد شد:
n=31.7/6.62=4.78
نتایج مربوط به جابجایی افقی
شکل 12. نمای جلویی جابجایی افقی مخزن عمودی
شکل 13. نمای پشت جابجایی افقی
زلزله ای با مدت زمان 3.5 ثانیه به شکل زیر برای شبیه سازی در نظر گرفته شده است. تحلیل زلزله به صورت دینامیکی صورت گرفته و نتایج در بحرانی ترین حالت ارائه شده اند.
شکل14. نمودار شتاب زلزله بر حسب زمان وقوع
نتایج تنش زلزله در بحرانی ترین حالت ها:
همانطور که مشخص است حداکثر تنش ایجاد شده در اثر زلزله در مخزن سپتیک به میزان 7.9 مگاپاسکال می رسد و با توجه به اینکه تنش تسلیم پلی اتیلن 31.7 مگاپاسکال است پس سپتیک تانک با ضریب اطمینان زیر از شکست فاصله دارد:
n=31.7/6.62=4.78
نتیجه گیری: در هیچ یک از حالت های بررسی شده سیستم سپتیک عمودی با جنس پلی اتیلن وارد فاز کمانش نخواهد شد.
از این نحوه مدل سازی در بررسی تنش های ساخت مخزن اسید پلی پروپیلن نیز استفاده می شود.
بررسی تنش های وارد ب سپتیک افقی تحت بار ترافیکی
مخزن سپتیک ساخته شده از جنس پلی اتیلن با قطر داخلی 2.5 و طول 6 متر با روش اسپیرال کاروگیت با استفاده از مواد پلی اتیلن چگالی بالا تولید می شود.
در مطالعه ای که انجام شده است، مخزن با ظرفیت 30 مترمکعب بصورت نمونه مورد نظر با در نظر گرفتن ابعاد قالب و پروفیل مورد نظر و با فرض پر بودن مخزن نیروی هیدرواستاتیک روی جداره داخلی مخزن اعمال شده است و در نرم افزار آباکوس مورد تحلیل قرار گرفته است.
بستر از نوع خاک در اطراف مخزن مدلسازی شده و در عمق یک متری زمین در نظر گرفته شده است. همچنین بتن با ضخامت 30 سانتیمتر در سطح زمین در نظر گرفته شده و خاک موجود در اطراف دستگاه از نوع خاک ماسه ای با تراکم 80% ماسه اعمال شده است. بار ترافیکی بر اساس استاندارد طراحی مخازن دفنی در شبیه سازی اعمال شده است. نتایج شامل نتایج مربوط به جابجایی و تنش های موجود در مخزن می باشد.
تنش ها با در نظر گرفتن یک ضریب اطمینان بر اساس استاندارد موجود با تنش تسلیم سیستم مقایسه شده و همچنین میزان تغییر قطر مخزن در اثر عبور بارهای ترافیکی محاسبه شده و با تغییر قطر مجاز موجود در استاندارد طراحی مقایسه شده است. مش بندی روی مدل با بالاترین چگالی مش ممکن برای دستیابی به دقیق ترین نتایج اعمال شده است. تنش ها از نوع Von-Mises در نظر گرفته شده است. شرایط شبیه سازی با فرض پر شدن کامل سپتیک تانک پلی اتیلن از پساب و همچنین با در نظر گرفتن بالاترین چگالی ممکن برای آب که در دمای 4 درجه سیلیسیوس رخ می دهد در نظر گرفته شده است.
مدلسازی تنش سپتیک با جنس پلی اتیلنی بر اساس پروفیلی با ابعاد زیر در نظر گرفته شده است:
خواص مکانیکی پلی اتیلن صلب یا سنگین مورد استفاده در بدنه مخزن، خاک و بتن به شکل زیر در نظر گرفته شده است :
جدول1.خواص مکانیکی HDPE
| 1070000000 | Elastic Modulus |
| 0.4101 | Poissons Ratio |
| 377200000 | Shear modulus |
| 952 | Mass Density |
| 22100000 | Tensile Strength |
جدول2. خواص مکانیکی خاک ماسه اطراف مخزن با جنس پلی اتیلنی با تراکم 80%.
| 75E+6 | Elastic Modulus |
| 0.3 | Poissons Ratio |
| 1900 | Mass Density |
| 40 | Angle of Friction |
| 0.1 | Dilation Angle |
| 0.788 | Flow stress Ratio |
| 100 | Yeild stress |
| 0 | Abs plastic strain |
جدول3. خواص مکانیکی بتن
| 30E+9 | Elastic Modulus |
| 0.2 | Poissons Ratio |
| 2400 | Mass Density |
بار ترافیکی بر اساس استاندارد Din 1072 (جدول 4) در نظر گرفته شده است:
جدول4. نیروها و ناحیه تماس لاستیک برای استاندارد وسایل نقلیه
برای سطح بالایی خاک که فاصله قائم آن از محورهای مختصاتی برابر یک متر می باشد مقدار تنش ژئواستاتیک برابر صفر و برای سطح پایینی خاک که فاصله آن از محورهای مختصاتی برابر صفر متر می باشد مقدار تنش ژئواستاتیک وارده بر بدنه مخزن به صورت زیر محاسبه می شود: 1700 × 9.81 + 0 = 16677 Pa
فشار جانبی خاک گودال نیز برای خاک ماسه ای از رابطه زیر محاسبه می شود: Ko = 1 – sin 40 = 0.255
جدول5. تنش ژئواستاتیک ، نسبت تخلخل خاک
| Geostatic stress | Ratio |
| Height=0 | 16677 Pa |
| Height=1m | 0 |
| Void | 0.4 |
با توجه به عبور وسایل نقلیه در محل قرارگیری مخزن برای دستیابی به نتایج مطوب و مطابق با استاندارد در محل اتصال عدسی به بدنه از داخل 4 تقویت کننده مثلثی با زاویه 90 نسبت به یکدیگر در نظر گرفته شده است.
نتایج مربوط به تنش های وارده به بدنه مخزن:
نتایج مربوط به جابجایی ها: 1. جابجایی در راستای عمودی
عکس زیر حداکثر جابجایی مخزن بهنگام وارد شدن فشار را نشان میدهد:
حداکثر جابجایی افقی:
طبق نتایج مربوط به تنش حداکثر تنش اعمالی به میزان 6.312 مگاپاسکال می رسد.
با در نظر گرفتن ضریب اطمینان 2.5 برای تنش ها طبق استاندارد DVS2205-1 جدول 4 داریم: n=3.5>2.5
از طرفی طبق استاندارد میزان تغییرات قطر مخزن حداکثر می تواند به 3% برسد: حداکثر تغییر قطر: 34.5mm
درصد اوالیته: 1.38% – لازم به یادآوری است اوالیتی تا 2.5 درصد در نصب منبع غیردفنی و تا 5% در مدل دفنی طبق استاندارد مشکلی ایجاد نخواهد کرد.
