تحليل اثر سرعت سيال روي ناپايداري لوله‌هاي بتني مسلح شده با نانو‌ذرات حاوي جريان سيال

Analysis of the Effect of Fluid Velocity on the Instability of Concrete Pipes Reinforced with Nanoparticles Conveying the Fluid Flow

با توجه به كاربرد فراوان لوله­‌هاي حاوي جريان سيال در مهندسي عمران، ارائه يك مدل رياضي مناسب براي تحليل پايداري آنها ضروري است. بدين منظور يك لوله بتني تقويت شده با با نانوذرات سيليس و حاوي جريان سيال درنظر گرفته مي­‌شود. هدف اين تحقيق بررسي تحليل پايداري سازه و نشان دادن اثر نانو­ذرات و سيال درون آن است. سازه با المان پوسته استوانه­‌اي و با تئوري ردي مدل­‌سازي مي‌­شود. براي به‌دست آوردن نيروي ناشي از سيال دروني از معادله ناوير - استوكس استفاده مي­‌شود. براي در­نظر گرفتن اثر نانو­ذرات در لوله از مدل موري – تاناكا استفاده شده به ‌طوري كه اثرات انباشتگي نانو­ذرات لحاظ شده است. درنهايت با استفاده روش انرژي و اصل هميلتون، معادلات حاكم بر سازه استخراج مي­‌شود. براي تحليل پايداري سازه از روش تفاضلات مربعي استفاده مي­شود و اثر پارامترهاي مختلف همچون درصد حجمي نانو­ذرات، انباشتگي نانوذرات، سيال درون لوله و پارامترهاي هندسي بررسي شده است. نتايج نشان مي­‌دهد كه وجود نانو­ذرات به‌عنوان تقويت­‌كننده لوله، منجر به تأخير ناپايداري سازه مي‌شود.

With respect to the great application of pipes conveying fluid in civil engineering, presenting a mathematical model for their stability analysis is essential. For this purpose, a concrete pipe, reinforced by iron oxide (Fe2O3) nanoparticles, conveying fluid is considered. The goal of this study is to investigate the structural stability to show the effects of the inside fluid and the nanoparticles. The structure was modeled by a cylindrical shell and using Reddy theory. To obtain the force induced by the inside fluid, the Navier-Stokes equation was used. To assume the effect of the nanoparticles in the pipe, the Mori-Tanaka model was utilized so that the effects of agglomeration of nanoparticles could be considered. Finally, by applying energy method and the Hamilton's principle, the governing equations were derived. For the stability analysis of the structure, differential quadrature method (DQM) was proposed and the effects of different parameters such as volume fraction of the nanoparticles and agglomeration of the nanoparticles inside fluid and geometrical parameters were investigated. The results showed that the existence of the nanoparticles as the reinforcement for the pipe led to the delay in the pipe instability.