Yüksek Gradyanlı Sıcaklık Değişiminde Termal Gerilme Analizi

Abstract

Petro-kimya, nükleer enerji üretimi gibi birçok sanayi dalında geniş uygulama alanı olan basınç kapları mekanik ve sıcaklık yükleri, kimyasal aktif sıvıların akıntısı gibi birçok faktörün etkisinde çalıştırılmaktadır. Sistematik olarak yapılan bakımlar sırasında ilgili basınç kablarının iç yüzeylerinde çeşitli formlarda korozyon çukurlarının olduğu belirlenmiştir. Birleşme yüzeyine yakın olan defektler, birleşme bölgesi civarında basınç kabının tasarımı sırasında tayin edilmiş cidar kalınlığını azaltır ve sivri formlarından dolayı yüksek seviyede gerilme yığılmasına sebep olurlar. Sözü edilen bu faktörler, oyuklar bölgesinde kullanılan malzemenin güvenlik sınırlarının aşılmasına neden olabilirler. Dolayısıyla değişken mekanik, sıcaklık yüklerinin etkisi oyuklar bölgesinde yorulma çatlağının oluşması için oldukça uygun ortam oluştururlar. Dolayısıyla, basınç kabının çalışma süresinin güvenli hesaplanabilmesi için iç yüzeyinde oluşmuş oyuk bölgesinde oluşan gerilme durumu ile ilgili detaylı bilgiye ihtiyaç duyulmaktadır. İlgili bilgi alanının genişletilmesi için deneysel yöntemlerle ilgili araştırmaların yapılmasına gerek vardır. Deneysel araştırmalar ilgili bilgi alanını genişletmekle beraber, aynı zamanda, sayısal yöntemlerle yapılan incelemelerde elde edilen sonuçların kontrol edilmesini de sağlarlar. Deneysel yöntem olarak fotoelastik yöntem hassas sonuç vermesinden ve nokta nokta analiz yapılabilmesinden dolayı uygun bir yöntem olarak görülmektedir. Bu çalışmada, fototermoelastisitenin mekanik modelleme yöntemi kullanılmıştır. Gerilme analizlerinde fotoelastisitenin şerit yöntemi uygulanmıştır. Bulunan sonuçlar ANSYS ile karşılaştırılmıştır.

Pressure vessels used in the nuclear power plants, petrochemical and different many industrial areas are exposed to high and variable temperature, pressure and rapid flow of chemical active liquids which cause cavities. Hence, cavities in the different forms and dimensions leading to the cracks develop on walls of the vessels. These cavities are observed during the maintenance of the vessels. These corrosion defects are around joint surface, may cause higher stress concertation. The wall thickness is determined during the design process of the pressure vessel is reduced due to the cavities formed, simultaneously high stress concentrations around the cavity zones due to sharp forms of the cavities. Concerning, during the design process, to know maximum values of stress components in the cavity region are important in order to predict the service life of the pressure vessels rationally. Therefore, a need is identified to evaluate stress state arising around the cavities in the inner surfaces of the pressure vessels in order to predict the service life. It is a necessity to make researches associated with the mentioned topics based on the experimental methods to increase the information. Experimental works allow not only increasing the knowledge but also checking the results obtained using different numerical methods. Using methods of photoelasticity accurately enables to determine the general character of stress state in geometrical concentration zone. In this work, mechanical modelling of phototermoelasticity is used. The results of finite element program ANSYS are compared with the results of experimental data obtained in this study.