การปรับปรุงความแข็งแรงของถังอัดอากาศขนาด 64 ลิตรด้วยวิธีไฟไนต์ เอลิเมนต์

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาและปรับปรุงความแข็งแรงของถังเก็บอากาศที่ส่งผลต่ออัตราการขยายตัวที่เกิดขึ้นภายในถัง ขณะทดสอบในการวิจัยจะใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ในการวิเคราะห์และสร้างแบบจำลองเพื่อใช้เปรียบเทียบกับผลการทดสอบทางกายภาพระหว่างถังแบบเดิมและถังที่ปรับปรุงความแข็งแรงแล้ว โดยกระบวนการทดลองจะอ้างอิงกับมาตรฐาน มอก.1252-2537 ในกระบวนการทดลองจะใช้ถังแบบเดิมที่มีความหนาเท่ากับ 1.5 มิลลิเมตร และถังที่ปรับปรุงแล้วมีความหนาเท่ากับ 2.6 มิลลิเมตร ขนาดของถังที่ใช้ทดสอบเป็นขนาด 64 ลิตรโดยวัสดุที่ใช้คือเหล็ก SS400 ในสภาวะความดันในถังเป็นความดันบรรยากาศ ถังเก็บอากาศทั้งสองแบบมีขนาดเส้นรอบวงเท่ากับ 950มิลลิเมตร และมาตรฐานการทดสอบความดันที่ใช้ในการทดสอบจะเป็นไปตามมาตรฐาน มอก.1252-2537 โดยใช้วิธีวัดความเครียดแบบ manual และเซ็นเซอร์วัดความเครียดชนิด FLA-6-11-1L ที่ต่อร่วมกับอุปกรณ์อ่านค่าความเครียด โดยอุปกรณ์อ่านค่าความเครียดมีสองแบบคือไมโครคอนโทรลเลอร์แบบอาดูโน่ที่ต่อร่วมกับวงจรวีทสโตนบริดจ์และเครื่องวัดความเครียดแบบพกพารุ่น TC-32K ในการทดลองด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ถังแบบเดิมมีอัตราการขยายตัวเท่ากับ 0.049% และแบบจำลอง หลังการปรับปรุงมีอัตราการขยายตัวเท่ากับ 0.025% ส่วนการทดสอบทางกายภาพมีผลการวัดด้วยอุปกรณ์วัดความเครียดแบบ manual ถังแบบเดิมมีอัตราการขยายตัวเท่ากับ 0.105% ขณะที่ถังแบบใหม่มีค่าเป็น 0.065% การวัดด้วยเซ็นเซอร์โดยไมโครคอนโทรลเลอร์แบบอาดูโน่ที่ต่อร่วมกับวงจรวีทสโตนบริดจ์ถังแบบเดิมมีอัตราการขยายตัวเท่ากับ 0.048% และถังแบบใหม่มีอัตราการขยายตัวเท่ากับ 0.024% การวัดด้วยเซ็นเซอร์ร่วมกับเครื่องวัดความเครียดรุ่น TC-32K ถังแบบเดิมมีอัตราการขยายตัวเท่ากับ 0.062% และถังแบบใหม่มีอัตราการขยายตัวเท่ากับ 0.030% ส่วนน้ำหนักของถังแบบใหม่เพิ่มขึ้น 71.59% สรุปได้ว่าการปรับปรุงความแข็งแรงของถังความดันแบบใหม่มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นจริงซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่ออกแบบไว้ในแบบจำลองด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ และการปรับปรุงความแข็งแรงของถังจะส่งต่อน้ำหนักของถังด้วย

The purpose of this research was to study and enhance the strength of pressure vessel affecting the rate of the circumference expansion within the pressure vessel. During the experiment, the finite element method was used to analyze and create a model to compare with the physical test results between traditional pressure vessel and the pressure vessel that had been improved strength. The experimental process referred to standards TIS. 1252-2537. In the experiment, traditional pressure vessel with a thickness of 1.5 millimeters and strength enhanced pressure vessel with a thickness of 2.6mm were used. Both pressure vessels were 64 liters, and both were made of SS400 steel. Under atmospheric pressure, both pressure vessels had a circumference of 950 millimeters. The pressure testing standard used in the test referred to TIS1252-2537. The measurements for circumference of the pressure vessels were measured manually using a FLA-6-11-1L type strain gauge sensor with the strain reading device. There were two types of reading devices: Arduino microcontroller with a Wheatstone bridge circuit and the TC-32K handheld data logger. The results of the research showed that in the experiment using the finite element method, traditional pressure vessel had expansion of about 0.049% and the strength enhanced pressure vessel had expansion of about 0.025%. In the physical expansion test using manual measurements, the traditional pressure vessel had expansion of about 0.105% and the strength enhanced pressure vessel had expansion of about 0.065%. The expansion measurements using sensors with the Arduino microcontroller connected to the Wheatstone bridge circuit had expansion about 0.048% for the traditional pressure vessel and 0.024% for the strength enhanced pressure vessel. The expansion measurements using sensors with the TC-32K handheld data logger had expansion about 0.062 % for the traditional pressure vessel and 0.030% for the strength enhanced pressure vessel and the increased mass was 71.59 % for strength enhancement of the air storage tank. In conclusion, the strength enhanced pressure vessel had actual strength as strong as the model created by the finite element method and the strength-enhancement of the pressure vessel affected to the weight of the pressure vessel.