تحليل رفتار مكانيكي خطوط لوله‌كامپوزيتي الياف شيشه-اپوكسي مدفون در خاك و مقايسه با خطوط لوله فولادي

Mechanical Behavior Analysis of Buried Glass Fiber Reinforced Epoxy Composites Used in Pipelines and Comparison with Steel

جايگزيني لوله‌هاي فولادي با كامپوزيتي يكي از‌ راه‌هاي رويارويي با‌ پديده خوردگي در خطوط لوله انتقال سيالات است. ‌كامپوزيت‌هاي پليمري الياف شيشه مقاوم در برابر خوردگي بوده و علاوه بر داشتن استحكام بالا يك گزينه ارزان‌تر نسبت به لوله‌هاي فولادي مي باشند. در اين مقاله، رفتار مكانيكي لوله‌كامپوزيتي و فلزي مورد استفاده در خطوط لوله انتقال نفت براي زواياي گسل در 45، 61، 75 درجه تحت گسلش‌معكوس با استفاده از نرم‌افزارآباكوس بررسي شده‌است. استحكام مكانيكي و اندازه بيشينه جابه‌جايي در لوله‌هاي‌كامپوزيتي مدفون تحت گسلش‌معكوس با لوله‌هاي فولادي مقايسه شده اند. معيار ون‌ميسز براي بررسي تسليم لوله فولادي و معيار شكست هاشين و مودهاي چهارگانه آسيب براي بررسي خرابي در لوله‌كامپوزيتي الياف شيشه- اپوكسي، استفاده ‌شده‌اند. روش حل به دليل ماهيت گسل به‌صورت شبه‌استاتيكي انجام و معيار تسليم خاك بر پايه تئوري كولمب موهر و با اجازه جدايش خاك از لوله در سطح مشترك لحاظ گرديده ‌است. مقايسه نتايج نشان داد به منظور بهره‌برداري ايمن از لوله مدفون و خنثي نمودن تنش فشاري كه عامل اصلي تسليم لوله‌هاي مدفون است، بايد لوله‌هاي فولادي در زواياي بالاي 61 درجه گسلش‌معكوس و لوله‌هاي كامپوزيتي تك جهته در زواياي كوچكتر از 61 درجه به‌كار گرفته شوند. همچنين اندازه بيشينه جابه‌جايي مجازگسل‌معكوس در زواياي گوناگون گسل، براي لوله‌كامپوزيتي حدود 70 درصد بيشتر از نمونه فولادي بوده است. نتايج حاصل در اين پژوهش مي‌تواند در مطالعات طراحي خطوط لوله مدفون كامپوزيتي در مناطق داراي خاك خورنده و محل عبور گسل‌هاي فعال مورد استفاده قرار گيرد.

Replacing steel pipes with composites is one way to combat corrosion in fluid transfer pipelines. Glass fiber polymer composites are corrosion resistant and in addition to having high strength, they are a cheaper option than steel pipes. In this paper, the mechanical behavior of composite and steel pipes used in oil transmission pipelines for fault angles at 45, 61, 75° under reverse fault is investigated using Abaqus software. The mechanical strength and maximum displacement size of composite pipes buried under reverse faulting are compared with steel pipes. The onset of damage in GREs and the yielding point of steel were predicted using Hashin’s initiation criteria considering four failure modes and the von Mises Stress, respectively. The results showed that In reverse faulting, the compressive force will often be the yielding factor of buried pipes and In order to safely operate the buried pipe, steel pipes should be used at angles above 61° of reverse fault and unidirectional composite pipes at angles less than 61°. In addition, the maximum allowable displacement of the reverse fault at different angles of the fault is at least 70% higher for the unidirectional composite pipes of glass-epoxy fibers than the steel pipes. The results of this study can be used in the design studies of composite buried pipelines in areas with corrosive soils and active fault crossings.