مدل سازی تحلیلی رفتار خمش و کمانش تیر ساندویچی با هسته آگزتیک و رویه های کامپوزیتی تقویت شده با نانوصفحات گرافنی تحت بارگذاری ژئومکانیکی و حرارتی با کاربرد در لوله جداری چاه های نفت

سازه های لوله جداری چاه های نفت در اعماق زمین به طور هم زمان تحت تاثیر تنش های بالای ژئومکانیکی، فشارهای خارجی و دماهای زیاد قرار دارند که این شرایط می تواند موجب کاهش پایداری سازه ای، افزایش تغییرشکل و کاهش عمر بهره برداری آن ها شود. در این پژوهش، یک چارچوب تحلیلی یکپارچه برای ارزیابی رفتار ترمومکانیکی این سازه ها ارائه شده است. بدین منظور، لوله جداری به صورت معادل با یک تیر ساندویچی از جنس کامپوزیت تقویت شده با نانوصفحات گرافنی (GPLRC) و دارای هسته آگزتیک بازگشتی مدل سازی شده است. فرمول بندی مدل بر پایه نظریه تغییرشکل برشی مرتبه سوم ردی، اصل همیلتون و روش حل ناویه انجام شده و رفتار خمشی و کمانشی سازه تحت بارگذاری هم زمان حرارتی و ژئومکانیکی بررسی شده است. همچنین، اثر خواص وابسته به دما، تنش های ژئومکانیکی برجا و نیروهای فشاری ناشی از افزایش دما در مدل لحاظ شده تا شرایط واقعی درون چاه شبیه سازی شود. در ادامه، تاثیر پارامترهایی نظیر کسر حجمی نانوصفحات گرافنی، الگوی توزیع آن ها، زاویه سلول آگزتیک، بارگذاری ژئومکانیکی و دما بر عملکرد سازه ای بررسی شده است. نتایج نشان می دهد افزایش مقدار نانوصفحات گرافنی از صفر به ۱ درصد، خیز میانی سازه را حدود ۶۸ درصد کاهش داده و بار بحرانی کمانش را حدود ۲۱۲ درصد افزایش می دهد. همچنین، الگوی توزیع FG-X بهترین عملکرد سازه ای را در میان الگوهای بررسی شده ارائه می کند. بر اساس نتایج، ترکیب لایه های رویی تقویت شده با نانوصفحات گرافنی و هسته آگزتیک، راهکاری سبک، مقاوم و موثر برای افزایش سختی، پایداری و عملکرد ترمومکانیکی لوله های جداری چاه نفت بوده و چارچوب تحلیلی ارائه شده می تواند به عنوان ابزاری کارآمد در طراحی و بهینه سازی اولیه این سازه ها در شرایط فشار و دمای بالا مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

نانوصفحات گرافنی ، تیر ساندویچی آگزتیک ، بارگذاری ژئومکانیکی ، لوله جداری چاه نفت ، پایداری ترمومکانیکی ، کمانش سازه ای کمانش سازه ای