Оптимізація конструкції поліетиленових ротоформованих ємностей для зберігання рідких мінеральних добрив методом Тагуті
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.304263Ключові слова:
поліетиленові ємності, метод скінченних елементів, деформації, розрахунок на міцність, метод ТагутіАнотація
У дослідженні методом скінченних елементів визначено вплив п’яти параметрів (щільність рідкого мінерального добрива (ρ), його температура (T), товщина стінок ємності (L), відстань між ребрами жорсткості (K) та висота ребер жорсткості (h)) на міцність стандартних поліетиленових ротоформованих ємностей, що використовуються для зберігання рідких мінеральних добрив (РМД). За допомогою методу Тагуті встановлено, що дані параметри ранжуються за ступенем їх впливу (в порядку убування) на: максимальні напруження (r>L>h>T>K), максимальні напруження в стінках ємності (r>L>K>T>h) та деформації ємності (для DX/DY: r>L>h>T>K та для DZ: r>L>h>K>T). Проведено перевірку розрахунків на міцність методом МСЕ, що показали задовільну збіжність розрахункових та експериментальних значень. Отримані узагальнені рівняння, що описують вплив всіх п’яти досліджуваних параметрів на P, PW та деформації ємності (за вісями X, Y і Z). На основі отриманих рівнянь побудована номограма, що дозволяє вибрати оптимальну товщину стінок, яка відповідатиме щільності РМД та температурі їх зберігання. Застосування оптимальної товщини стінок забезпечує гарантований термін служби не менше 50 років, зводячи до мінімуму ризик екологічних аварій, викликаних руйнуванням ємностей і потраплянням в грунтові води РМД та супутніх токсичних речовин. Дослідження дає цінну інформацію для розробки більш безпечних та довговічних ємностей для зберігання рідких мінеральних добрив. В якості оптимальної конструкції ємності для зберігання найбільш поширеного добрива UAN-32 (карбамідно-аміачна суміш, 32 % азоту) щільністю 1,32 г/см3 та за температури зберігання до 40 °C рекомендуються наступні значення конструктивних параметрів: L=10 мм, K=38 мм та h=4 мм
Посилання
- Gupta, N., Ramkumar, P. L., Sangani, V. (2020). An approach toward augmenting materials, additives, processability and parameterization in rotational molding: a review. Materials and Manufacturing Processes, 35 (14), 1539–1556. https://doi.org/10.1080/10426914.2020.1779934
- Vázquez Fletes, R. C., Cisneros López, E. O., Moscoso Sánchez, F. J., Mendizábal, E., González Núñez, R., Rodrigue, D., Ortega Gudiño, P. (2020). Morphological and Mechanical Properties of Bilayers Wood-Plastic Composites and Foams Obtained by Rotational Molding. Polymers, 12 (3), 503. https://doi.org/10.3390/polym12030503
- Gnanaprakasam, P. D., Vanisree, A. J. (2022). Recurring detrimental impact of agrochemicals on the ecosystem, and a glimpse of organic farming as a possible rescue. Environmental Science and Pollution Research, 29 (50), 75103–75112. https://doi.org/10.1007/s11356-022-22750-1
- Hossain, M. E., Shahrukh, S., Hossain, S. A. (2022). Chemical Fertilizers and Pesticides: Impacts on Soil Degradation, Groundwater, and Human Health in Bangladesh. Water Science and Technology Library, 63–92. https://doi.org/10.1007/978-3-030-95542-7_4
- Economou-Eliopoulos, M., Megremi, I. (2021). Contamination of the Soil–Groundwater–Crop System: Environmental Risk and Opportunities. Minerals, 11 (7), 775. https://doi.org/10.3390/min11070775
- Bisht, N., Singh Chauhan, P. (2021). Excessive and Disproportionate Use of Chemicals Cause Soil Contamination and Nutritional Stress. Soil Contamination - Threats and Sustainable Solutions. https://doi.org/10.5772/intechopen.94593
- Tyukanko, V., Demyanenko, A., Semenyuk, V., Dyuryagina, A., Alyoshin, D., Tarunin, R., Voropaeva, V. (2023). Development of an Ultrasonic Method for the Quality Control of Polyethylene Tanks Manufactured Using Rotational Molding Technology. Polymers, 15 (10), 2368. https://doi.org/10.3390/polym15102368
- Timoshenko, S. (1956). Strength of Materials. Part II. Advanced Theory and Problems. D. Van Nostrand Company.
- Klabukova, L. S. (1980). The differential operator of problems of the theory of momentless elastic shells and their solution by the variational-difference method. USSR Computational Mathematics and Mathematical Physics, 20 (1), 225–244. https://doi.org/10.1016/0041-5553(80)90075-0
- Paimushin, V. N., Shalashilin, V. I. (2006). Geometrically non-linear equations in the theory of momentless shells with applications to problems on the non-classical forms of loss of stability of a cylinder. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 70 (1), 91–101. https://doi.org/10.1016/j.jappmathmech.2006.03.006
- Olson, L. G., Gogos, G., Pasham, V. (1999). Axisymmetric finite element models for rotational molding. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 9 (5), 515–542. https://doi.org/10.1108/09615539910276836
- Lim, K. K., Ianakiev, A. (2006). Modeling of rotational molding process: Multi-layer slip-flow model, phase-change, and warpage. Polymer Engineering & Science, 46 (7), 960–969. https://doi.org/10.1002/pen.20481
- Zhou, J., Zhu, T., Huang, S., Jiang, P., Xue, Y., Wang, J., Chen, L.. (2015). Finite element analysis on contact fatigue for supporting roller in large scale rotational molding equipment. Jiangsu Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban)/Journal of Jiangsu University (Natural Science Edition), 36, 153–158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.02.006
- Karamnov, E. I. (2023). Application of the finite element method to solve the problem of stability of the tank wall. Applied research and development in priority areas of science and technology. Available at: http://econf.rae.ru/article/7560
- Vijay, K., Jayapalan, S. (2022). Creep analysis of Water tank made of Polypropylene (PP) and High-Density Polyethylene (HDPE) polymer material using ANSYS Simulation. Journal of Engineering Research. https://doi.org/10.36909/jer.17611
- Edlabadkar, O., Potdar, S., Jha, H. K., Jaiswal, N. G. (2022). Structural analysis of a rotomolded water tank. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 9 (7), 236–238. Available at: https://www.irjet.net/archives/V9/i7/IRJET-V9I741.pdf
- Šuba, O., Bílek, O., Kubišová, M., Pata, V., Měřínská, D. (2022). Evaluation of the Flexural Rigidity of Underground Tanks Manufactured by Rotomolding. Applied Sciences, 12 (18), 9276. https://doi.org/10.3390/app12189276
- Pozhil, S. N., Menon, N. M., Waigaonkar, S. D., Chaudhari, V. (2020). An analytical model to predict the creep behaviour of linear low-density polyethylene (LLDPE) and polypropylene (PP) used in rotational moulding. Materials Today: Proceedings, 28, 888–892. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.12.318
- Tyukanko, V., Demyanenko, A., Dyuryagina, A., Ostrovnoy, K., Lezhneva, M. (2021). Optimization of the Composition of Silicone Enamel by the Taguchi Method Using Surfactants Obtained from Oil Refining Waste. Polymers, 13 (21), 3619. https://doi.org/10.3390/polym13213619
- Bodur, A., Sahin, S., Sahin, Y., Inal, M. (2018). Modelling of the Flexural Strength of Low Flow Polypropylene Talc/Colemanite Hybrid Composite Materials with Taguchi and ANFIS Methods. IFAC-PapersOnLine, 51 (30), 271–276. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2018.11.300
- Chakravarty, S., Haldar, P., Nandi, T., Sutradhar, G. (2023). Fabrication and machinability studies on cupola slag reinforced aluminium metal matrix composites using Taguchi method. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.02.080
- Dyuryagina, A. N., Lutsenko, A. A., Tyukanko, V. Yu. (2019). Study of the disperse effect of polymeric surface-active substances in acrylic dispersions used for painting oil well armature. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 330 (8), 37–44. https://doi.org/10.18799/24131830/2019/8/2210
- Ostrovnoy, K., Dyuryagina, A., Demyanenko, A., Tyukanko, V. (2021). Optimization of titanium dioxide wetting in alkyd paint and varnish materials in the presence of surfactants. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (112)), 41–50. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.237879
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Vitaliy Tyukanko, Alexandr Demyanenko, Vladislav Semenyuk, Antonina Dyuryagina, Dmitriy Alyoshin, Stanislav Brilkov, Sergey Litvinov, Yulia Byzova
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
