การออกแบบและวิเคราะห์ถังคอมโพสิตบรรจุก๊าซหุงต้มที่ได้รับการเสริมแรงด้วยเส้นใยแก้ว

Design and Analysis of Composite LPG Tank Reinforced with E-glass Fiber

Name: ขวัญชนก ศรีสวัสดิ์

keyword: กึ่งจิออเดสิก

; Semi-geodesic

Abstract: ถังบรรจุก๊าซหุงต้ม (ก๊าซปิโตรเลียม) ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันทำจากเหล็กกล้าทำให้ซึ่งน้ำหนักของถังมีค่าสูงกว่า เมื่อเทียบกับน้ำหนักของก๊าซที่บรรจุ ถังก๊าซหุงต้มที่ทำจากคอมโพสิตจึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่าเนื่องจาก มีน้ำหนักเบาและมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าถังเหล็กทั้งนี้เพราะวัสดุคอมโพสิตมีสัดส่วนของความแข็งแรงต่อน้ำหนัก สูงกว่าและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าถังที่เป็นโลหะ อย่างไรก็ดีถังคอมโพสิตยังคงไม่เป็นที่แพร่หลายในประเทศไทย เนื่องจากมีราคาสูง ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ และอุตสาหกรรมภายในประเทศยังไม่มีความสามารถออกแบบและผลิตถังคอมโพสิตได้ งานวิจัยนี้จึงมีจุดประสงค์เพื่อศึกษาและพัฒนากระบวนการวิเคราะห์และออกแบบถังคอมโพสิตบรรจุก๊าซหุงต้ม เพื่อเป็นต้นแบบให้กับโรงงานอุตสาหกรรมใน ประเทศไทย ถังคอมโพสิตที่กล่าวถึงในงานวิจัยนี้มีถังชั้นในทำจากพอลิเอทิลีน ความหนาแน่นปานกลาง เสริมแรงด้วยเส้นใยแก้วและอีพ็อกซี่ด้วยกระบวนการพันเส้นใยแบบหมุน รูปร่างของถังถูกออกแบบ สำหรับบรรจุก๊าซหุงต้มขนาดบรรจุเท่ากับ 15 กิโลกรัม ถังมีช่องเปิดที่ปลายตำแหน่งเดียวที่บริเวณโดมที่หัวถัง รูปร่างของส่วนโดมรวมถึงรูปแบบการพันที่ส่วนหัวถังและท้ายถังถูกกำหนดตามรูปแบบจิออเดสิกและกึ่งจิออเดสิก เพื่อสอดคล้องกับความสามารถในการพันและป้องกันการลื่นไหลของเส้นใย พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องที่ศึกษา ได้แก่ลำดับการจัดเรียงชั้นคอมโพสิต จำนวนชั้น และความหนาของชั้นคอมโพสิต โดยใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ เพื่อให้ได้พารามิเตอร์การออกแบบที่เหมาะสม ส่วนโดมที่หัวถังและท้ายถังมีชั้นเสริมความแข็งแรงที่ เป็นเส้นใยทอแบบผืนผ้าเพื่อเสริมความแข็งแรงของโครงสร้าง ส่วนดุนที่หัวถังถูกออกแบบและเชื่อมต่อ เข้ากับช่องเปิดที่ปลายดังกล่าว จากนั้นความเค้นและความเปลี่ยนแปลงรูปร่างของถังคอมโพสิตถูกนำมาวิเคราะห์ ภายใต้ความดันทดสอบเท่ากับ 3.3 เมกกะปาสคาล การวิเคราะห์แนวโน้มความเสียหายของถังใช้เกณฑ์ของ Tsai-Wu และเกณฑ์ของ Hashin รูปแบบสุดท้ายของถังคอมโพสิตสำหรับบรรจุก๊าซหุงต้มที่มีถังชั้นในทำจากพอลิเอทิลีน ความหนาแน่นปานกลางมีการลดลงของน้ำหนักประมาณ 40 % เมื่อเทียบกับถังบรรจุก๊าซหุงต้มเหล็กกล้าที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

Abstract: Traditional LPG (Liquefied Petroleum Gas) containers usually made of steel so they weigh quite excessively compared to the contained liquefied gas. As a superior alternative, composite LPG tanks have less weight and longer service life because of the composite material having higher strengthto - weight ratio and better corrosion resistance than its metal counterpart. Despite these advantages, the composite tanks have not gained widely acceptance in Thailand due to their high cost from overseas importing and difficulties in container design and manufacturing by Thai industries. This research aims to study and develop a methodology of analyzing and at last designing a composite LPG tank that can be fabricated by a Thai factory. The composite vessels considered are made from 4-mm-thick MDPE (Medium Density Polyethylene) as a liner, which is wrapped around by E-glass/epoxy with a filament-winding manufacturing technique. The LPG tanks are developed to have helical and hoop layers next to the liner. Geometries of the tanks are modeled in accordance with IS-kg LPG containing capacity. The tanks have only one opening at top dome. Dome geometry along with the fiber orientation at the front and aft ends of the tanks is determined by geodesic and semi-geodesic profiles in order to achieve windability and prevent fiber slippage. Parametric study of fiber stacking sequence, number of winding layers, and thickness of the vessel wall is performed by using a finite element method in order to obtain the appropriate design parameters. At top and bottom dome region. frabic-doilies are inserted to stiff these structures. Endboss was designed and attached at the opening. Stresses and deformations of the composite tanks that occur under test pressure of 3.3 MPa are analyzed. Failure analysis is done by using Tsai-Wu criterion and Hashin criterion. The final design of filament-wound composite LPG tank with an MDPE liner provides significant weight saving on the order of 40% compared with the traditional steel LPG-filled vessel.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สำนักหอสมุด.

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: สนติพีร์ เอมมณี

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2553-04-27

Modified: 2553-04-27

Issued: 2553-04-27

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: MEE2071

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเครื่องกล

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	MEE2071.pdf	2.37 MB	207	2024-12-06 09:26:57
2	MEE2071ab.pdf	92.48 KB	49	2020-10-06 09:23:53

ใช้เวลา

0.026904 วินาที