Μελέτη αντοχής μήτρας εκβολής πλαστικού σωλήνα

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο έλεγχος της αντοχής της κεφαλής με αράχνη του εκβολέα του τομέα τεχνολογίας κατεργασιών για την παραγωγή σωλήνων από πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE).O έλεγχος της αντοχής βασίστηκε σε δυο διαφορετικά σενάρια των οποίων η επίλυση πραγματοποιήθηκε με τα πακέτα πεπερασμένων στοιχείων Cosmosworks 2007 για το στατικό πρόβλημα & Comsol 3.5 για το ρευστοδυναμικό. Σύμφωνα με την πρώτη περίπτωση μελέτης ελέγξαμε την στατική συμπεριφορά της κεφαλής στην μέγιστη τιμή, για την λειτουργία ενός εκβολέα, ομοιόμορφα κατανεμημένης πίεσης 600 bar και στη συνέχεια επαναλάβαμε τον έλεγχο για πίεση 100bar που προσεγγίζει την πραγματική πίεση λειτουργίας του εκβολέα. Όπως ήταν αναμενόμενο η επικίνδυνη διατομή εντοπίζεται στη ζώνη της αράχνης και πιο συγκεκριμένα στο πόδι της. Για την πρώτη περίπτωση της μελέτης παρατηρείται αστοχία στην περιοχή αυτή ενώ στην δεύτερη περίπτωση η κεφαλή αντέχει με ασφάλεια. Για λόγους ακρίβειας της μελέτης επεκτείναμε τον έλεγχο της αντοχής της επικίνδυνης διατομής (ζώνη αράχνης και πόδι αράχνης) και για την ποσοστιαία μεταβολή πίεσης που προκύπτει από το ρευστοδυναμικό μοντέλο για πίεση εισόδου 600 bar και 100 bar αντίστοιχα. Μάλιστα, στη φάση αυτή της μελέτης ο έλεγχος της αντοχής επιβεβαιώνεται και με τη χρήση αναλυτικών μοντέλων προκειμένου να ελέγξουμε εάν και πόσο συγκλίνουν με τα αριθμητικά. Συμπερασματικά, οι ανωτέρω έλεγχοι αντοχής στη μήτρα σε όλες τις περιπτώσεις μας δίνουν μια σαφή εικόνα για τη στατική συμπεριφορά της ακόμη και στην δυσμενέστερη των περιπτώσεων λειτουργίας ενώ το πόδι της αράχνης σύμφωνα με όλα τα μοντέλα για όλες τις περιπτώσεις πίεσης λειτουργίας του εκβολέα (αναλυτικά-αριθμητικά) επιβεβαιώνουν ότι το πόδι της αράχνης αποτελεί την επικίνδυνη διατομή και κυρίως διασφαλίζουν ότι ο βελτιωμένος χάλυβας 1.2738 (Ιmpax εμπορική ονομασία) που επιλέξαμε βάσει εκτενούς βιβλιογραφικής αναζήτησης αποτελεί την πλέον κατάλληλη επιλογή υλικού για την κατασκευή της μήτρας.

Main Objective of the present Thesis is the study of endurance of the mandrel die of the extruder of the technology process sector regarding pipes’ production ex High Density Poly-Ethylene (HDPE). The check consisted of two different scenarios which their solution was carried out by Finite Elements soft-wares Cosmosworks 2007 for the static problem & Comsol 3.5 for the fluid dynamic problem. According to first case-scenario, we checked the static behavior of the spider’s head at maximum value, on account of extruder’s operation, of uniformly delivered pressure of 600 bar and afterwards we repeated the check for pressure of 100bar which is realistically very close to extruder’s operation value. As expected the ‘high risk’ cross section is located in the area of the spider and in more details in the area of spider’s leg. Regarding first situation of operational pressure 600 bar structural failure in said area is noted and on the contrary regarding second situation of operational pressure 100 bar spider’s head endures with enough safety margins. For accuracy purposes of said study, we expanded the check of the ‘high-risk’ cross section (spider & spider’s legς) for the proportional pressure alteration which is derived ex fluid dynamic model for pressure inlet of 600 bar & 100 bar respectively. Indeed, at this stage of the study, the check of the strength is confirmed by the utilization of analytical models in order to investigate if & how said models converge with the numerical models. In the view of the above, all pre-mentioned checks of the strength of the die in all conditions give us a clear view for her static behavior even in the un-favorable of the operational conditions whereas in the area of the spider’s leg, all models for all occasions of operational pressure of the extruder (analytically-numerically) confirm that spider’s leg is the high-risk cross section and assure that improved steel 1.2738 (commercially: Ιmpax) which we chose based on our research is the far most suitable & competent material for the die manufacture