Finite Element Modeling of Glass Fiber Reinforced Plastic Pipes under Impact Loading. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF 199607650_Rubaian's_MS_Thesis_Final.pdf Download (1MB) | Preview

Arabic Abstract

نظرا لخصائص أنابيب الألياف الزجاجية المقواة بالبلاستيك مثل المقاومة الجيدة للتآكل، وقوة التحمل، وارتفاع نسبة القوة إلى الوزن، أصبحت أكثر استخداما في نقل المياه، والنفط الخام، والمواد الكيميائية الأخرى والتعامل معها. ومع ذلك، فإن ميكانيكية الأداء العالية لأنابيب وهياكل لألياف الزجاجية المقواة بالبلاستيك قد تتأثر سلبا بسبب انخفاض مقاومتها لقوى الاصطدام. إن تأثير قوى الاصطدام المنخفضة السرعة بشكل خاص يعتبر أكثر خطورة وذلك لصعوبة اكتشاف الأضرار الناتجة عنها في الغالب والتي تؤثر في سلامة البنية التركيبية للأنابيب. في هذه الدراسة، يتم محاكاة سلوك أنابيب الألياف الزجاجية المقواة بالبلاستيك تحت تأثير قوى الاصطدام المنخفضة السرعة باستخدام تحليل العناصر المحدودة. وقد تم بناء نموذج الاختبار باختيار عناصر رباعية الأطراف ذات طبقات اسطوانية الشكل لمحاكاة بناء الأنابيب والمكونة م ثمان طبقات مثبتة فو بعضها البع 5 درجة وبشكل متسلسل، ووضع الأنبوب أفقيا بشكل مبسط على قوائم مثبته على - .. 5 و 5 .. بزاويتي الاتجاه 5 أرضية أفقية. كما تم بناء نموذجا لقذيفة اسطوانية م الفولاذ ذات نهاية نصف كروية م مادة صلبة مكونة م عناصر ثمانية الأطراف. وقد أخذ بالاعتبار طاقات الاصطدام م 21 إلى 221 جول بهدف تحليل الأثر الناتج. وقد أظهرت نتائج قوى الاصطدام بالنسبة للوقت لأنابيب الألياف الزجاجية المقواة بالبلاستيك تحت تأثير طاقات الاصطدام هذه توافقا جيدا مع نتائج نماذج المحاكاة والتجارب العملية المنشورة. وبعد ذلك تم استخدام هذا النموذج للتنبؤ بحدوث الضرر لبنية المادة التركيبية تحت تأثير 21 و 55 و 01 و 221 جول، مما نتج عنه بداية للتلف عند طاقات الاصطدام الدنيا ) 21 و 55 جول( والاخترا عند طاقات الاصطدام العليا ) 01 و 221 جول( لأنابيب لألياف الزجاجية المقواة بالبلاستيك ذات السمك 5.. ملم و 6 ملم، على التوالي. وفي ظل ظروف مماثلة، وتحت تأثير مجموعة مشابهه م طاقات الاصطدام، ثم استنتاج أن الضرر الحاصل لأنابيب لألياف الزجاجية المقواة بالبلاستيك ذات السمك 5.. ملم كان أكثر شدة م الأنابيب ذات السمك 6 ملم.

English Abstract

Due to properties such as good corrosion resistance, durability and high strength-to-weight ratio, Glass-Fiber Reinforced Epoxy (GFRE) pipes are finding increasing use in water, crude oil and other chemicals’ handling and transportation. However, the high mechanical performance of GFRE pipes and structures may be adversely affected by their low resistance to impact loadings. The low-velocity impact loads are particularly more dangerous as their damage to the structural integrity of the composite pipes often goes undetected. In the present work, the behavior of GFRE pipes under low-velocity impact loads are modeled using finite element analysis. Four-node quadrilateral layered shell elements are selected to model the filament wound GFRE pipe with eight (8) layers oriented at 54.5º & -54.5º which is simply supported. The solid steel cylindrical impactor with a hemispherical tip is modeled using 8-node brick elements. Incident impact energies in the range of 12 to 110 J were considered in the analysis. The load-time traces of the GFRE pipes under these impact energies show good agreement with published numerical and experimental results. The model was then used to predict the composite structure failure under 12 J, 35 J, 80 J and 110 J resulting in damage initiation at lower energies (12 J & 35 J) and penetration at higher energies (80 J and 110 J) for GFRE pipes with wall thicknesses of 4.5 mm and 6 mm. Under similar conditions and range of impact energy, the damage through 4.5 mm wall thickness was found to be more severe than for 6 mm wall thickness pipes.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Merah, Nesar
Committee Members:	Al-Nassar, Yagoub N. and Khan, Shafique
Depositing User:	RUBAYAN FAHED AL-SHAHRANI (g199607650)
Date Deposited:	30 Dec 2013 20:29
Last Modified:	01 Nov 2019 15:40
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139034