การวิเคราะห์เชิงตัวเลขและการออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงของถังบรรจุขนาดใหญ่ เพื่อลดการยุบตัวของถังจากแรงดันภายนอกที่มากระทำต่อถัง

บทคัดย่อ

ปริญญานิพนธ์นี้จัดทาขึ้นเพื่อศึกษาการยุบตัวของถังบรรจุขนาดใหญ่ ที่รับภาระในแนวแกน รัศมี โดยเน้นการออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทนรับแรงที่มา กระทากับตัวถังทั้งจากภายในและภายนอกให้ดียิ่งขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับถังที่ไม่ได้ติดตั้งวงแหวนเสริม ความแข็งแรง การศึกษานี้ใช้แบบจาลองเชิงตัวเลขไฟไนต์เอลิเมนต์ในการวิเคราะห์ โดยทาการศึกษา กับถังขนาดต่าง ๆ เพื่อเก็บรวบรวมข้อมูล เช่น ระยะยุบตัว จากนั้นนาข้อมูลที่ได้ไปประยุกต์ใช้กับ ถัง บรรจุขนาดใหญ่ที่ใช้งานจริงในอุตสาหกรรม เพื่อวิเคราะห์หาสาเหตุของการเสียรูปของถังเก็บสารเคมี ว่ามีผลมาจากปัจจัยใดบ้าง นอกจากนี้ยังเป็นแนวทางในการพัฒนาวิธีการบารุงรักษาถังเพื่อลดความ เสี่ยงในการเกิดอุบัติเหตุในอุตสาหกรรมจริง ถังที่ใช้เป็นกรณีศึกษาในโครงงานนี้เป็นถังที่เคยเกิดการ ยุบตัวจริง ซึ่งเป็นทรัพย์สินของบริษัท พีทีที โกลบอล เคมิคอล จากัด (มหาชน) โดยได้รับการสนับส นุนจากวิศวกรของบริษัทที่เข้ามามีส่วนร่วมให้ความช่วยเหลือ และเอื้อเฟื้อข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ส่งผลให้ โครงการนี้สาเร็จลุล่วงไปได้ด้วยดี คณะผู้จัดทามีความคาดหวังว่าปริญญานิพนธ์นี้จะเป็นประโยชน์ต่อ สังคมในวงกว้าง รวมทั้งเป็นประโยชน์ต่อบริษัทในการบารุงรักษาถังดังกล่าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ คาสาคัญ: ถังบรรจุขนาดใหญ่ / วงแหวนเสริมความแข็งแรง / การยุบตัวของถังบรรจุขนาดใหญ่ ก Name Thesis Title NUTCHAPON RUNGSAWANG NATEE SUWANACKSORN SIRAWIT SUKSUMEK Numerical Analysis and Design for the Wind Girder of Large Storage Tank for the Mitigation of Tank Implosion Under the External Pressure Department Mechanical and Aerospace Engineering Advisor Assoc Prof Chainarong Srikunwong, PhD Academic year 2024 Abstract This thesis is conducted to study the buckling of large storage tanks subjected to radial loads, focusing on designing reinforcement rings to enhance the structural performance against internal and external forces compared to tanks without reinforcement rings. The study employs Finite Element Analysis (FEA) for analysis, examining various tank sizes to collect data such as buckling displacement. The collected data is then applied to actual chemical storage tanks used in industrial operations to analyze the factors contributing to tank deformation. Additionally, this study provides a guideline for developing maintenance methods to reduce the risk of accidents in real industrial environments. The case study tank used in this project is a tank that previously experienced actual buckling, which is the property of PTT Global Chemical Public Company Limited. The authors received support from the company's engineers, who actively participated, provided assistance, and offered relevant information, contributing to the successful completion of this project. The authors sincerely hope that this thesis will be beneficial to society as a whole and valuable to the company in effectively maintaining the storage tanks. Keywords: Large Storage Tanks / Wind Girder / Buckling of Large Storage Tanks ข กิตติกรรมประกาศ คณะผู้จัดทาขอขอบพระคุณต่อบุคคลที่สนับสนุนให้โครงงานนี้สาเร็จลุล่วงไปได้ด้วยดี อัน ประกอบไปด้วย รศ.ดร.ชัยณรงค์ ศรีกุลวงศ์ (อาจารย์ที่ปรึกษาปริญญานิพนธ์) กรรมการสอบปริญญา นิพนธ์ และอาจารย์ในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยพระนครเหนือทุกท่าน ที่ให้การ สนับสนุนความรู้ความคิดเห็นในการวิเคราะห์ และให้คาแนะนาที่มีประโยชน์ ผลักดัน รวมถึงให้ โอกาสต่าง ๆ ตลอดช่วงของการดาเนินการโครงงาน เพื่อทาให้ปริญญานิพนธ์ฉบับนี้สมบูรณ์ มีคุณค่า เป็นที่ประจักษ์ โดยเสียสละเวลาอันมีค่าในการให้คาปรึกษา ตรวจสอบ อีกทั้งยังมีส่วนช่วยให้คาชี้แนะ รวมไปถึงการให้ความรู้ในการดาเนินงาน แนะนาแนวทางที่ทาให้การทาปริญญานิพนธ์ฉบับนี้ผ่าน ลุล่วงไปได้ด้วยความราบรื่น โดยไม่คานึงค่าตอบแทนใด ๆ ขอขอบคุณ บริษัท พีทีที โกลบอล เคมิคอล จากัด (มหาชน) ที่ช่วยสนับสนุนและวิศวกรของ บริษัทที่เข้ามามีส่วนร่วมให้ความช่วยเหลือ และเอื้อเฟื้อข้อมูลที่เกี่ยวข้องทาให้การดาเนินงานในครั้งนี้ สามารถสาเร็จผ่านไปได้ด้วยดี ท้ายที่สุดของความสาเร็จในครั้งนี้ คณะผู้จัดทาขอขอบพระคุณทุกท่านที่เข้ามามีส่วนร่วมใน การจัดทาปริญญานิพนธ์ชิ้นนี้จนสาเร็จลุล่วงไปได้ด้วยดี ทั้งบุคลลที่ได้ถูกกล่าวและยังไม่ได้ถูกกล่าวถึง ขอขอบพระคุณบิดา มารดา ที่ให้ชีวิตและสติปัญญา รวมถึงบุคคลใกล้ชิด พี่น้อง และทุก ๆ คนที่ สนับสนุนในทุกทางที่สามารถทาได้และช่วยเหลือทุกอย่างด้วยดีเสมอมา คุณค่าที่เกิดจากการวิจัยใน ครั้งนี้ ขอมอบคุณค่านั้นแด่พวกท่านทุกคนที่ให้การสนับสนุน ให้ความช่วยเหลือ ความห่วงใย และให้ กาลังใจแก่คณะผู้จัดทาตลอดมา หากมีสิ่งใดบกพร่อง ผู้วิจัยของน้อมรับไว้และขออภัยไว้ ณ โอกาสนี้ นายณัชพล รุ่งสว่าง นายนที สุวรรณอักษร นายสิรวิชญ์ สุขสุเมฆ ค สารบัญ บทที่ 1 บทนา ....................................................................................................................................1 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงาน ......................................................................................1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน ...................................................................................................2 1.3 ขอบเขตของโครงงาน..........................................................................................................2 1.4 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ ......................................................................................3 1.5 งบประมาณ ........................................................................................................................3 1.6 แผนการดาเนินงาน .............................................................................................................4 บทที่ 2 งานวิจัยและทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ...............................................................................................5 2.1 บทนา .................................................................................................................................5 2.2 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ...................................................................................................5 2.3 การออกแบบแผ่นผนังของชั้นต่าง ๆ ...................................................................................7 2.3.1 วิธีการออกแบบความหนาแผ่นผนังสาหรับการก่อสร้างผนังถังตามมาตรฐาน API...7 2.3.2 ความหนาแผ่นผนังแต่ละชั้น ...................................................................................7 2.4 วงแหวนเสริมความแข็งแรง (Wind Girder)........................................................................8 2.4.1 วัตถุประสงค์ของการเสริมความแข็งแรงด้วยวงแหวนเสริมความแข็งแรง ................8 2.4.2 รูปแบบของวงแหวนเสริมความแข็งแรงตามมาตรฐาน API 650 .............................8 2.4.3 วงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบน ........................................................................9 2.4.4 วงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ ..................................................................... 10 2.4.5 ตาแหน่งของวงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ ................................................. 11 2.4.6 จานวนการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ ........................................... 11 2.5 การยุบตัวของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่จากการเกิดความดันสุญญากาศ ........................ 12 2.5.1 สภาวะสุญญากาศ (Vacuum Pressure) ............................................................ 12 2.5.2 สาเหตุการยุบตัวของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่จากการเกิดความดันสุญญากาศ . 12 2.5.3 การออกแบบค่าความดันออกแบบสาหรับถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ .................. 13 2.6 การยุบตัวของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่จากความดันที่เกิดจากลม ................................. 13 ง 2.6.1 ความเร็วลมในประเทศไทยตามมาตรฐาน E.I.T.1018-46.................................... 14 2.6.2 ความเร็วลมตามมาตรฐาน ASCE 7 ..................................................................... 15 2.6.3 ความดันลมตามาตรฐาน API 650 ....................................................................... 16 2.7 การคานวณเชิงตัวเลขไฟไนต์เอลิเมนต์ ............................................................................. 16 2.7.1 ประเภทของเอลิเมนต์ในการใช้งานการวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์เชิงตัวเลข ........ 16 2.7.2 รูปร่างของเอลิเมนต์............................................................................................. 17 2.8 พฤติกรรมเชิงกลของวัสดุ ................................................................................................. 18 2.8.1 วัสดุที่เสียรูปแบบยืดหยุ่น (Elastic Deformation) ............................................. 19 2.8.2 วัสดุที่เสียรูปแบบพลาสติก (Plastic Deformation) ........................................... 19 2.9 การรวมภาระโหลด .......................................................................................................... 19 2.10 เปลือกทรงกระบอกที่รับแรงดันภายนอกอย่างสม่าเสมอ ............................................... 19 2.10.1 ความรู้ทั่วไป ...................................................................................................... 19 2.10.2 เปลือกทรงกระบอกที่ความหนาผนังคงที่ ........................................................... 21 2.11 การโก่งงอของโครงสร้าง (Buckling) ............................................................................. 22 2.11.1 การวิเคราะห์ค่าไอเกนต์เชิงเส้น (Linear Eigenvalue Analysis)...................... 23 2.11.2 การวิเคราะห์การโก่งตัวไม่เชิงเส้น (Nonlinear Buckling Analysis) ................ 24 2.11.3 การวิเคราะห์ชั่วขณะ (Transient Analysis) ..................................................... 24 2.12 งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง ........................................................................................................ 25 บทที่ 3 ขั้นตอนการออกแบบ .......................................................................................................... 26 3.1 บทนา .............................................................................................................................. 26 3.2 ความต้องการของโครงงาน (Requirement) ................................................................... 26 3.3 มาตรฐานการออกแบบโครงงาน (Standard) .................................................................. 26 3.4 ข้อจากัดการทดลอง (Constraint)................................................................................... 27 3.5 ขั้นตอนการดาเนินงาน ..................................................................................................... 28 3.5.1 การศึกษาข้อมูลและทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ................................................................. 29 3.5.2 การผลิตชิ้นงานทดสอบ ....................................................................................... 29 จ 3.5.3 ทาการทดสอบชิ้นงานทดสอบ ............................................................................. 34 3.5.4 ขั้นตอนการนาสมบัติเชิงกลของวัสดุไปใช้งานในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ ......... 37 3.5.5 สร้างแบบจาลองของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่................................................... 47 3.5.6 การเลือกชนิดของเอลิเมนต์และขนาดของเอลิเมนต์ ............................................ 49 3.5.7 การเปรียบเทียบค่าความผิดพลาดของค่าทางทฤษฎีกับค่าทางซอฟต์แวร์ ............ 52 3.5.8 การคานวณความดันลมปะทะผนังถังด้านนอกและความดันลมยกหลังคา ............ 58 3.5.9 การออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงตามมาตรฐาน API 650 ........................ 61 3.5.10 แปลงชนิดเอลิเมนต์ของคาน ............................................................................. 67 3.5.11 นาแบบจาลองถังอุตสาหกรรมใส่ภาระโหลดและทาการวิเคราะห์ ...................... 68 3.5.12 นาแบบจาลองถังอุตสาหกรรมใส่วงแหวนเสริมความแข็งแรง............................. 74 3.5.13 นาแบบจาลองถังอุตสาหกรรมใส่ภาระโหลดและทาการวิเคราะห์ ...................... 76 3.5.14 เปรียบเทียบผลลัพธ์ .......................................................................................... 79 บทที่ 4 ผลการทดลอง ..................................................................................................................... 80 4.1 บทนา .............................................................................................................................. 80 4.2 ผลการทดลอง.................................................................................................................. 80 4.2.1 ผลการจำลองเพื่อหาจำนวนลูกคลื่น .................................................................... 80 4.2.2 ผลการจำลองการเสียรูปของถังที่ไม่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงขณะซ่อมบำรุง 81 4.2.3 ผลการยุบตัวของถังอุตสาหกรรม ......................................................................... 85 4.2.4 ผลการจำลองการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงในแต่ละตำแหน่ง .................. 86 4.2.5 ผลการจำลองการเสียรูปของถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงขณะซ่อมบำรุง .. 90 บทที่ 5 สรุปผลการดาเนินงานและข้อเสนอแนะ .............................................................................. 95 5.1 บทนา .............................................................................................................................. 95 5.2 สรุปผลการดาเนินงาน ..................................................................................................... 95 5.2.1 ประเมินผลลัพธ์การยุบตัวของถังจำลองอย่างง่ายกับสูตรทางทฤษฎีในเบื้องต้น ...... 95 5.2.2 เปรียบเทียบผลลัพธ์การยุบตัวระหว่างถังจากแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์กับถัง ที่เกิดการยุบตัวขณะดำเนินการซ่อมบำรุง ........................................................... 95 ฉ 5.2.3 การออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่เหมาะสมเพื่อลดการยุบตัวของถัง ...... 96 5.2.4 เปรียบเทียบผลลัพธ์การยุบตัวระหว่างถังที่ไม่ติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงและ ถังที่ติดวงแหวนเสริมความแข็งแรง ..................................................................... 97 5.3 ข้อเสนอแนะ .................................................................................................................... 99 เอกสารอ้างอิง ............................................................................................................................... 100 ช สารบัญตาราง ตารางที่ 1.1 งบประมาณ ..................................................................................................................3 ตารางที่ 1.2 แผนการดาเนินงาน ........................................................................................................4 ตารางที่ 3.1 ความเค้นจริงและความเครียดจริงทั้ง 12 ค่า ............................................................... 44 ตารางที่ 3.2 ความเค้นจริงและความเครียดจริงทั้ง 10 ค่า ............................................................... 47 ตารางที่ 3.3 ขนาดของเอลิเมนต์ ..................................................................................................... 51 ตารางที่ 3.4 ข้อมูลของถังอุตสาหกรรม ........................................................................................... 61 ตารางที่ 3.5 การแปลงความสูงของเปลือกถัง .................................................................................. 66 ตารางที่ 5.1 เปรียบเทียบค่าการยุบตัวของแต่ละตาแหน่งการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง...... 96 ตารางที่ 5.2 เปรียบเทียบค่าการยุบตัวของถังที่ไม่ติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงและถังที่ติดวงแหวน เสริมความแข็งแรง ...................................................................................................... 97 ซ สารบัญรูปภาพ รูปที่ 2.1 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่แบบด้านบนเปิด .........................................................................5 รูปที่ 2.2 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่แบบด้านบนปิด ..........................................................................6 รูปที่ 2.3 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่แบบหลังคาลอยภายใน ...............................................................6 รูปที่ 2.4 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่แบบหลังคาลอยภายนอก ...........................................................7 รูปที่ 2.5 การกระจายแรงดัน .............................................................................................................8 รูปที่ 2.6 ความหนาของผนังถังที่แตกต่างกัน ......................................................................................8 รูปที่ 2.7 วงแหวนเสริมความแข็งแรงในแต่ละส่วน .............................................................................9 รูปที่ 2.8 รูปแบบวงแหวนเสริมแรงตามมาตรฐาน API 650................................................................9 รูปที่ 2.9 มุมปะทะของความดันลมที่กระทากับถังที่มีหลังคา ........................................................... 14 รูปที่ 2.10 แผนที่การแบ่งกลุ่มความเร็วลมอ้างอิง ............................................................................ 14 รูปที่ 2.11 เส้นโค้งเดิร์สต์ ................................................................................................................ 15 รูปที่ 2.12 กราฟแสดงการเสียรูปของวัสดุ ....................................................................................... 18 รูปที่ 2.13 เปลือกทรงกระบอกที่รับแรงดันภายนอกอย่างสม่าเสมอ, รูปแบบการโก่งตัวทั่วไป ......... 20 รูปที่ 2.14 รูปแบบการโก่งตัวของทั้ง 2 โหมดการวิเคราะห์ ............................................................. 23 รูปที่ 3.1 แผนผังขั้นตอนการดาเนินงาน .......................................................................................... 28 รูปที่ 3.2 ภาพเขียนแบบของแบบจาลองชิ้นงานทดสอบ .................................................................. 30 รูปที่ 3.3 มาตรฐานการทดสอบแรงดึง ASTM E8/E8M-11............................................................. 30 รูปที่ 3.4 เครื่องเลื่อยสายพาน ......................................................................................................... 31 รูปที่ 3.5 ขึ้นรูปเหล็กแท่ง ................................................................................................................ 31 รูปที่ 3.6 ใช้เครื่องมิลลิ่งกัดด้านข้างทั้ง 2 ด้าน ................................................................................. 32 รูปที่ 3.7 ชิ้นงานทดสอบ ................................................................................................................. 32 รูปที่ 3.8 ชิ้นงานทดสอบ ................................................................................................................. 33 รูปที่ 3.9 การระบุตาแหน่งระยะความยาวเกจ ................................................................................. 34 รูปที่ 3.10 เครื่องทดสอบแรงดึง ...................................................................................................... 35 รูปที่ 3.11 ข้อมูลจาเพาะของเครื่องทดสอบแรงดึง .......................................................................... 35 ฌ รูปที่ 3.12 รุ่นของเครื่องทดสอบแรงดึง ........................................................................................... 35 รูปที่ 3.13 ทาการทดสอบแรงดึง ..................................................................................................... 36 รูปที่ 3.14 ชิ้นงานทดสอบหลังผ่านการทดสอบแรงดึง ..................................................................... 36 รูปที่ 3.15 ชิ้นงานทดสอบหลังผ่านการทดสอบแรงดึง ..................................................................... 37 รูปที่ 3.16 กราฟเชิงวิศวกรรม (Engineering Curve) ของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ ............................. 37 รูปที่ 3.17 ค่าสมบัติเชิงกลของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ ....................................................................... 38 รูปที่ 3.18 ตัวอย่างตารางข้อมูลค่าความเค้นและความเครียด ......................................................... 38 รูปที่ 3.19 ตัวอย่างตารางข้อมูลความเค้นจริงและความเครียดจริง .................................................. 39 รูปที่ 3.20 กราฟความเค้นจริงและความเครียดจริงของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ .................................. 39 รูปที่ 3.21 กราฟความเค้นและความเครียดที่แสดงถึงช่วงของการแข็งตัวจากความเครียด .............. 40 รูปที่ 3.22 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 1 ................................................................... 40 รูปที่ 3.23 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 2 ................................................................... 41 รูปที่ 3.24 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 3 ................................................................... 41 รูปที่ 3.25 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 4 ................................................................... 41 รูปที่ 3.26 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 5 ................................................................... 42 รูปที่ 3.27 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 6 ................................................................... 42 รูปที่ 3.28 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 7 ................................................................... 42 รูปที่ 3.29 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 8 ................................................................... 43 รูปที่ 3.30 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 9 ................................................................... 43 รูปที่ 3.31 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 10................................................................. 43 รูปที่ 3.32 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 11................................................................. 44 รูปที่ 3.33 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 12................................................................. 44 รูปที่ 3.34 กราฟเชิงวิศวกรรม (Engineering Curve) ของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ ............................. 45 รูปที่ 3.35 ค่าสมบัติเชิงกลของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ ....................................................................... 45 รูปที่ 3.36 กราฟความเค้นจริงและความเครียดจริงของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ .................................. 46 รูปที่ 3.37 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงทั้ง 10 จุด ............................................................. 47 ญ รูปที่ 3.38 โมเดลถัง 945-TK8A/B .................................................................................................. 48 รูปที่ 3.39 ภาพเขียนแบบถัง 945-TK8A/B ..................................................................................... 48 รูปที่ 3.40 ผลลัพธ์จากการใช้เอลิเมนต์สี่เหลี่ยม............................................................................... 49 รูปที่ 3.41 ผลลัพธ์จากการใช้เอลิเมนต์สามเหลี่ยม .......................................................................... 50 รูปที่ 3.42 ผลลัพธ์จากการใช้เอลิเมนต์สี่เหลี่ยมผสมสามเหลี่ยม ...................................................... 50 รูปที่ 3.43 การกาหนดชนิดของเอลิเมนต์ ........................................................................................ 51 รูปที่ 3.44 การกาหนดขนาดของเมช (Mesh).................................................................................. 52 รูปที่ 3.45 จานวนโหนดและจานวนเอลิเมนต์.................................................................................. 52 รูปที่ 3.46 กรอกค่าสมบัติเชิงกลของวัสดุลงในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ ....................................... 54 รูปที่ 3.47 กรอกค่าสมบัติเชิงกลของวัสดุลงในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ ....................................... 54 รูปที่ 3.48 แบบจาลองของถังทรงกระบอก ...................................................................................... 55 รูปที่ 3.49 แถบเครื่องมือที่ใช้งาน .................................................................................................... 55 รูปที่ 3.50 เงื่อนไขขอบเขตของทรงกระบอกที่มีเอลิเมนต์แบบเปลือก ............................................. 56 รูปที่ 3.51 แผนภาพแสดงความดันการโก่งตัววิกฤตสาหรับทรงกระบอก ......................................... 58 รูปที่ 3.52 ความเร็วลมในกลุ่มที่ 1 .................................................................................................. 59 รูปที่ 3.53 ค่าพารามิเตอร์ในแนวแกน y จากเส้นโค้งเดิร์สต์ ............................................................ 60 รูปที่ 3.54 ตารางการเลือกรูปแบบของวงแหวนเสริมความแข็งแรงตามมาตรฐาน API 650 ............ 62 รูปที่ 3.55 รูปแบบของวงแหวนเสริมความแข็งแรง.......................................................................... 63 รูปที่ 3.56 ความสูงของเปลือกถังจริงกับที่แปลง .............................................................................. 64 รูปที่ 3.57 ผลลัพธ์การจาลองของเอลิเมนต์แบบก้อน ...................................................................... 67 รูปที่ 3.58 ผลลัพธ์การจาลองของเอลิเมนต์แบบคาน ....................................................................... 68 รูปที่ 3.59 โหมดการวิเคราะห์เป็นแบบ Static Structural ............................................................. 69 รูปที่ 3.60 คุณสมบัติของวัสดุเหล็ก A283-C ................................................................................... 69 รูปที่ 3.61 คุณสมบัติของวัสดุเหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400............................................ 69 รูปที่ 3.62 ข้อมูลของวัสดุในช่วงการเสียรูปแบบพลาสติกเหล็ก A283-C ......................................... 70 รูปที่ 3.63 ข้อมูลของวัสดุในช่วงการเสียรูปแบบพลาสติกเหล็ก SS400 ........................................... 70 ฎ รูปที่ 3.64 เอลิเมนต์แบบเปลือกของผนังถังและหลังคาถัง............................................................... 70 รูปที่ 3.65 หน้าต่างเปลี่ยนวัสดุ........................................................................................................ 71 รูปที่ 3.66 ทาการเชื่อมชิ้นส่วนของถังเข้าด้วย ................................................................................. 71 รูปที่ 3.67 การกาหนดเมชของถัง .................................................................................................... 72 รูปที่ 3.68 เงื่อนไขขอบเขตของถังที่มีแรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบ ................................. 72 รูปที่ 3.69 เงื่อนไขขอบเขตของถังที่มีแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 ............................... 74 รูปที่ 3.70 โมเดลถัง 945-TK8A/B ที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ผนังชั้นที่ 5 ....................... 75 รูปที่ 3.71 โมเดลถัง 945-TK8A/B ที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ผนังชั้นที่ 6 ....................... 75 รูปที่ 3.72 โมเดลถัง 945-TK8A/B ที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ผนังชั้นที่ 7 ....................... 75 รูปที่ 3.73 โมเดลถัง 945-TK8A/B ที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ผนังชั้นที่ 8 ....................... 76 รูปที่ 3.74 เงื่อนไขขอบเขตของถังที่มีแรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบ ................................. 77 รูปที่ 3.75 เงื่อนไขขอบเขตของถังที่มีแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 ............................... 79 รูปที่ 4.1 จานวนลูกคลื่นในมุมมองไอโซเมตริก (Isometric View) .................................................. 80 รูปที่ 4.2 จานวนลูกคลื่นในมุมมองด้านล่าง ..................................................................................... 80 รูปที่ 4.3 การเสียรูปของถังอุตสาหกรรมที่ใช้การวิเคราะห์แบบ Static............................................ 82 รูปที่ 4.4 การเสียรูปของถังอุตสาหกรรมที่ใช้การวิเคราะห์แบบ Eigenvalue Buckling .................. 82 รูปที่ 4.5 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถัง .......................................................................... 83 รูปที่ 4.6 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถัง ......................................................................... 83 รูปที่ 4.7 การเสียรูปของถังอุตสาหกรรมที่ใช้การวิเคราะห์แบบ Static............................................ 84 รูปที่ 4.8 การเสียรูปของถังอุตสาหกรรมที่ใช้การวิเคราะห์แบบ Eigenvalue Buckling .................. 84 รูปที่ 4.9 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถัง .......................................................................... 85 รูปที่ 4.10 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถัง ....................................................................... 85 รูปที่ 4.11 ผลการยุบตัวของถังอุตสาหกรรม.................................................................................... 86 รูปที่ 4.12 ติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 5 .................................... 86 รูปที่ 4.13 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 5 ................................................................................................................ 87 ฏ รูปที่ 4.14 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 5 ................................................................................................................ 87 รูปที่ 4.15 วงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 6 ......................................... 87 รูปที่ 4.16 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 6 ................................................................................................................ 88 รูปที่ 4.17 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 6 ................................................................................................................ 88 รูปที่ 4.18 วงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 7 ......................................... 89 รูปที่ 4.19 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 7 ................................................................................................................ 89 รูปที่ 4.20 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 7 ............................................................................................................... 89 รูปที่ 4.21 วงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 8 ......................................... 90 รูปที่ 4.22 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 8 ................................................................................................................ 90 รูปที่ 4.23 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 8 ................................................................................................................ 90 รูปที่ 4.24 การเสียรูปของถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงโดยใช้การวิเคราะห์แบบ Static .... 91 รูปที่ 4.25 การเสียรูปของถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงโดยใช้การวิเคราะห์แบบ Eigenvalue Buckling.................................................................................................. 92 รูปที่ 4.26 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถัง ........................................................................ 92 รูปที่ 4.27 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถัง ....................................................................... 92 รูปที่ 4.28 การเสียรูปของถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงโดยใช้การวิเคราะห์แบบ Static .... 93 รูปที่ 4.29 การเสียรูปของถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงโดยใช้การวิเคราะห์แบบ Eigenvalue Buckling.................................................................................................. 93 รูปที่ 4.30 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถัง ........................................................................ 94 ฐ รูปที่ 4.31 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถัง ....................................................................... 94 รูปที่ 5.1 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนเปรียบเทียบตาแหน่งการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง . 96 รูปที่ 5.2 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างเปรียบเทียบตาแหน่งการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง 97 รูปที่ 5.3 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนเปรียบเทียบระหว่างก่อนติดตั้งและหลังติดตั้ง วงแหวนเสริมความแข็งแรง ............................................................................................ 98 รูปที่ 5.4 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างเปรียบเทียบระหว่างก่อนติดตั้งและหลังติดตั้ง วงแหวนเสริมความแข็งแรง.............................................................................................. 99 ฑ 1. บทที่ 1 บทนา โครงงานการวิ เ คราะห์ เ ชิ ง ตั ว เลขและการออกแบบวงแหวนเสริ ม ความแข็ ง แรงของถั ง อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เพื่อลดการยุบตัวของถังจากแรงดันภายนอกที่มากระทาต่อถัง โดยอาศัยหลัก ความรู้ทั้งเชิงทฤษฎีและเชิงปฏิบัติ ในส่วนของบทที่ 1 ซึ่งเป็นบทนา จะประกอบด้วย ที่มาและ ความสาคัญของโครงงาน เป้าหมายและวัตถุประสงค์ของโครงงาน ประโยชน์ที่ได้รับจากโครงงาน และขอบเขตของโครงงาน โดยมีรายละเอียด ดังต่อไปนี้ 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงาน ในปัจจุบันธุรกิจในกลุ่มอุตสาหกรรมปิโตรเคมีได้เติบโตขึ้นอย่างรวดเร็วภายใต้ความต้องการ ผลิตภัณฑ์ปิโตรเคมีเพื่อนามาใช้เป็นสารตั้งต้นสาหรับอุตสาหกรรมในสาขาต่าง ๆ ทั้งในประเทศและ ต่างประเทศ ซึ่งการเติบโตทางเศรษฐกิจนี้ก่อให้เกิดการเพิ่มกาลังการผลิตภายในอุตสาหกรรมปิโตร เคมีในกลุ่มธุรกิจประเภทโรงกลั่นเพื่อตอบสนองความต้องการของตลาด โดยในกระบวนการผลิต สารประกอบปิโตรเคมีนั้นจะต้องประกอบด้วยหน่วยต่าง ๆ ในการผลิต เช่น หน่วยที่ใช้ในการรับเข้า น้ามันดิบ หน่วยการกลั่นน้ามันดิบ หน่วยการเติมสารประกอบเพื่อ ปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ และหน่วยที่ใช้ในการกักเก็บผลิตภัณฑ์ก่อนจัดจาหน่าย ทั้งนี้ ในระหว่างกระบวนการผลิตนั้นจะต้องมี สิ่งที่ใช้ในการบรรจุ และกักเก็บสารประกอบเคมีเหล่านี้ อาทิเช่น สารตั้งต้น สารเติมแต่ง และสาร ผลิตภัณฑ์ เพื่อทาให้กระบวนการผลิตนั้นสามารถเกิดขึ้นได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งบรรจุภัณฑ์เหล่านี้จะ ประกอบไปด้ว ย ถัง อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ (Large Storage Tank) และถังความดัน (Pressure Vessel) หากอุปกรณ์ดังกล่าว เกิดความเสียหายหรืออยู่ในสภาวะที่ไม่สามารถใช้งานต่อได้ ย่อมจะทา ให้กระบวนการผลิตเกิดความล่าช้าและจะต้องมีค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมให้ภาชนะหรืออุปกรณ์ ดังกล่าวกลับมาอยู่ในสภาวะที่ใช้งานได้ การชารุดของอุป กรณ์ อาจจะก่ อให้ เกิด ความอัน ตรายต่ อผู้ปฏิ บัติ งานภาคสนาม รวมถึ ง ผลกระทบต่อชุมชนและสิ่งแวดล้อมในบริเวณใกล้เคียง ซึ่งสาเหตุอันก่อให้เกิดความเสียหายต่ อ อุปกรณ์ภาชนะเหล่านี้นั้นมีหลายสาเหตุที่สามารถวิเคราะห์ได้ ได้แก่ แรงดันสุญญากาศในถังเกิดการ ควบแน่นอย่างรวดเร็วของพาราไซลีน (Paraxylene) ที่ระเหยพร้อมกับอุณหภูมิภายนอกที่ลดลงอย่าง รวดเร็วเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงไปของสภาพอากาศ แรงลมที่มากระทา และแรงลมจากพายุ ส่งผล ให้ถังเกิดการเสียรูป อีกทั้งอาจเกิดจากการปฏิบัติงานของผู้ปฏิบัติงานที่ไม่รอบคอบหรือปฏิบัติงาน ข้ามขั้นตอนตามกฎข้อบังคับ ทาให้ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและระบบนิเวศโดยรอบ รวมถึงอาจ 1 ปล่อยสารระเหยที่เป็นพิษสู่อากาศ ทาให้เกิดมลพิษทางอากาศและเป็นอันตรายต่อสุขภาพของ ประชาชนในบริเวณใกล้เคียง อีกทั้งการรั่วไหลของสารไวไฟยังอาจก่อให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรง สาเหตุ ของการยุบตัวของถังที่ได้กล่าวมานั้น ล้วนเกิดจากที่ถังได้รับความดันสุญญากาศภายในมากกว่าค่าที่ ออกแบบเอาไว้ ดังนั้น เพื่อการศึกษาและทานายการเสียรูปที่เกิดขึ้น โครงการนี้จึงมุ่งเน้น ไปที่ การศึกษาและวิเคราะห์ การเสียรูปของตัว ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ที่เสียรูป จากการเกิดความดัน สุญญากาศภายในและแรงกระทาภายนอก เพื่อที่นาข้อมูลไปวิเคราะห์การทานายการเสียรูปและเป็น แนวทางในการออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ต่อไป 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน โครงงานนี้จะมุ่งเน้นไปที่การออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงสาหรับถังอุตสาหกรรมขนาด ใหญ่ให้สามารถทนรับแรงที่มากระทากับตัวถังทั้งภายในและภายนอกให้มีป ระสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อ เปรียบเทียบกับการที่ไม่ได้ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง 1. เพื่อศึกษาและประเมินผลลัพธ์ของการจาลองการยุบตัวของถังจาลองอย่างง่ายจากภาระ ความดันในแนวรัศมีของถังที่ไม่มีการเสริมวงแหวนเสริมความแข็งแรงกับสูตรทางทฤษฎีใน เบื้องต้น 2. เพื่อเปรียบเทียบผลลัพธ์ของการยุบตัวระหว่างถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่จากแบบจาลอง ไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Method) กับ ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ที่เกิดการ ยุบตัวขณะดาเนินการซ่อมบารุง 3. เพื่อออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่เหมาะสมเพื่อลดการยุบตัวของถังอุตสาหกรรม ขนาดใหญ่ 4. เพื่อเปรียบเทียบผลลัพธ์ของการยุบตัวระหว่างถัง อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ไม่ติดวงแหวน เสริมความแข็งแรงและถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ติดวงแหวนเสริมความแข็งแรง 1.3 ขอบเขตของโครงงาน ขอบเขตของการดาเนินโครงงานนี้ถูกกาหนดไว้เพื่อให้แนวทางการทางานมีความชัดเจนและมี ประสิทธิภาพ โดยแบ่งออกเป็น 5 หัวข้อหลักดังนี้ 1. สามารถใช้ซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Software) เพื่อศึกษาและวิเคราะห์ พฤติกรรมการเสียรูปของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่จากความดันภายนอกได้ และนาผลการ คานวณที่ได้ไปเปรียบเทียบกับทฤษฎี 2. ทาการทดสอบสมบัติวัสดุของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ด้วยวิธีการทดสอบแรงดึง โดยใช้ แผ่นเหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon Steel Plate) มาตรฐาน ASTM A283-C 2 3. นาสมบัติวัสดุที่ได้จากการทดลองไปใช้ในฐานข้อมูล ของไฟไนต์เอลิเมนต์ และทาการ คานวณ 4. วิเคราะห์ผลโดยเปรียบเทียบการยุบตัวหรือการเสียรูปของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ กรณี มีวงแหวนเสริมความแข็งแรงและไม่มีวงแหวนเสริมความแข็งแรง 5. สรุปผลการดาเนินงานวัตถุประสงค์การเสริมความแข็งแรง 1.4 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ ประโยชน์และผลลัพธ์ที่ได้จากโครงงานนี้จะสะท้อนถึงจุดมุ่งหมายในการดาเนินโครงงาน อีกทั้ง ยังแสดงให้เห็นถึงแนวทางที่ชัดเจนในการนาผลลัพธ์ไปพัฒนาต่อยอด เพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดใน ด้านต่าง ๆ ดังนี้ 1. ได้รับความรู้จากการศึกษาทางทฤษฎีและทางปฏิบัติในการใช้ซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ 2. สามารถอธิบายรายละเอียดของปัญหาที่เกิดขึ้นกับถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ 3. สามารถใช้ซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ในการวิเคราะห์ปัญหาที่เกี่ยวกับการเสียรูปของ ถัง อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ยุบตัวเนื่องจากความดันสุญญากาศ 4. สามารถนาความรู้ที่ศึกษามาประยุกต์และหาแนวทางในการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้น 1.5 งบประมาณ งบประมาณที่ใช้ในการดาเนินการโครงงานเป็นไปดังแสดงในตารางที่ 1.1 ตารางที่ 1.1 งบประมาณ รายละเอียด 1. ค่าทดสอบเหล็ก 3 ชิ้น 2. ค่าขึ้นรูปเหล็ก งบประมาณรวม งบประมาณ (บาท) 2500 2500 5000 3 1.6 แผนการดาเนินงาน แผนการดาเนินงานที่วางแผนไว้เป็นไปดังแสดงในตารางที่ 1.2 ตารางที่ 1.2 แผนการดาเนินงาน แผนการดาเนินงาน(กรกฏาคม-มี นาคม) Task แผนการดาเนินงาน Status ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. มี.ค. Leader Phase 1 : Proposal ข้อมู ลทีเ่ กี่ยวข้อง -ศึกษาหาข้อมูลที่มาและความสาคัญของหัวข้อ -ศึกษาพฤติกรรมการเสียรูปของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ -ศึกษาทฤษฎีของวงแหวนเสริมความแข็งแรง -ศึกษาวิธีการออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรง -ศึกษาการวิเคราะห์แบบไฟไนต์เอลิเมนต์ หลักการดาเนินงาน -กาหนดสิง่ ที่ต้องการศึกษาและทดลอง -จัดเตรียมอุปกรณ์และเครือ่ งมือทดลอง -กาหนดขัน้ ตอนการเก็บข้อมูลและผลการทดลอง แผนการดาเนินงาน -มอบหมายหน้าที่ภายในกลุม่ -กาหนดแผนงานเพื่อดาเนินโครงงาน -กาหนดงบประมาน นาเสนอเฟสProposal ณัชพล ณัชพล ณัชพล ณัชพล ณัชพล ณัชพล 100% ณัชพล 100% ณัชพล 100% ณัชพล 100% ณัชพล 100% ณัชพล 100% Task แผนการดาเนินงาน Status ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. มี .ค. Leader Phase 2 : Progress I การดาเนินการทดสอบ -สร้างแบบจาลองและใส่รายละเอียดของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ วิเคราะห์ แ ละเก็บ ข้อมู ลครั้ งที1่ -สร้างโมเดลและใส่รายละเอียดของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ -ดาเนินการวิเคราะห์แบบไฟไนต์เอลิเมนต์โดยยังไม่ได้ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง นาเสนอเฟสProgress I นที 100% นที นที 100% 100% Task แผนการดาเนินงาน Status ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. มี .ค. Leader Phase 3 : Progress II วิเคราะห์ แ ละเก็บ ข้อมู ลครั้ งที2่ -การออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงตามมาตรฐาน API 650 -สร้างแบบจาลองของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่และใส่วงแหวนเสริมความแข็งแรง ออกแบบแนวคิดและวิธีแ ก้ไ ขปั ญหา -ดาเนินการวิเคราะห์แบบไฟไนต์เอลิเมนต์โดยติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง นาเสนอเฟสProgress II นที นที 100% 100% นที 100% Task แผนการดาเนินงาน Status ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. มี .ค. Leader Phase 4 : Final สรุ ป ผลการออกแบบโครงงาน -สรุปผลการทดสอบจากการวิเคราะห์แบบไฟไนต์เอลิเมนต์ -สรุปข้อมูลการออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรง -สรุปประสิทธิภาพของวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ออกแบบ เตรี ยมดาเนินการนาเสนอหั วข้อโครงงาน -จัดทารายงานและสือ่ นาเสนอโครงงาน นาเสนอเฟสFinal แผนการดาเนินงาน 100% 100% 100% 100% 100% สิรวิชญ์ 100% สิรวิชญ์ 100% สิรวิชญ์ 100% สิรวิชญ์ 100% การดาเนินงานจริง 4 2. บทที่ 2 งานวิจัยและทฤษฎีที่เกีย่ วข้อง 2.1 บทนา การวิเคราะห์เชิงตัวเลขและการออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงของถังอุตสาหกรรมขนาด ใหญ่เพื่อลดการยุบตัวของถังจากแรงดันภายนอกที่มากระทาต่อถัง จะมุ่งเน้นไปยังการเรียนรู้และ เข้าใจหลักการออกแบบของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ให้เป็นไปตามมาตรฐาน API 650 รวมทั้งเข้าใจ ถึ ง การออกแบบวงแหวนเสริ ม ความแข็ง แรงให้ มี ค วามเหมาะสมต่อ ลัก ษณะของถัง ที่ ใ ช้ใ นงาน อุตสาหกรรมในประเทศไทย และเรียนรู้ถึงต้นเหตุของการเสียรูปของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ในทุก กรณีที่สามารถเกิดขึ้นได้ 2.2 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ [1] ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่คือภาชนะหรือโครงสร้างที่ออกแบบมาเพื่อใช้เก็บน้ามันดิบ น้ามัน เชื้อเพลิง สารเคมี ฯลฯ โดยทั่วไปจะมีโครงสร้างส่วนใหญ่เป็นรูปทรงกระบอกตั้งอยู่เหนือพื้นดิน พื้น ถังอาจตั้งบนพื้นดินโดยตรง ตั้งอยู่บนฐานคอนกรีต หรือตั้งอยู่บนโครงสร้างอื่น ๆ เมื่อเปรียบเทียบกับ ถังเก็บน้ามันเชื้อเพลิงใต้ดิน ถังเก็บน้ามันเชื้อเพลิงเหนือพื้นดินสามารถออกแบบให้มีขนาดความจุได้ หลากหลายมากกว่า เพราะมีข้อจากัดที่น้อยในการสร้างถังขนาดใหญ่ ก่อสร้างง่าย และราคาต่า การจาแนกถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ สามารถแบ่งได้หลายวิธี แต่ ณ ที่นี้ ถังสามารถจาแนก ตามส่วนประกอบหลัก โดยใช้ลักษณะของการประกอบของหลังคาเป็นตัวจาแนก ได้ 4 ประเภท ซึ่ง แต่ละประเภทมีคุณสมบัติและการใช้งานที่แตกต่างกัน ดังต่อไปนี้ 1. ถังอุตสาหกรรมแบบไม่มีหลังคา (Open-Top Water Storage Tank) เป็นถังที่ไม่มีหลังคา ปกคลุมด้านบน ดังแสดงในรูปที่ 2.1 เหมาะสาหรับเก็บ น้าหรือสารเคมี ที่ไม่จาเป็นต้อง ป้องกันการระเหย รูปที่ 2.1 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่แบบด้านบนเปิด [2] 5 2. ถังอุตสาหกรรมแบบมีหลังคาครอบ (Fixed Roof Oil Storage Tank) เป็นถังที่มีหลังคา ครอบปิดเต็มด้านบน ดังแสดงในรูปที่ 2.2 ใช้เก็บน้ามันหรือสารเคมีที่ต้องการป้องกันการ ระเหยหรือการเปลี่ยนแปลงคุณภาพจากสภาพแวดล้อม เช่น น้ามันหล่อลื่น น้ามันดีเซล (Disel Oil) หรือของเหลวที่ไม่ติดไฟ รูปที่ 2.2 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่แบบด้านบนปิด [3] 3. ถังอุตสาหกรรมแบบหลังคาลอยภายใน (Internal Floated Roof Storage Tank) เป็นถัง ที่มีหลังคาปกคลุมด้านบน และมีหลังคาลอยอยู่ภายในถัง ดังแสดงในรูปที่ 2.3 จะลอยขึ้น ลงตามระดับของเหลวภายในถัง เหมาะสาหรับเก็บน้ามันที่มีการระเหยสูงหรือติดไฟง่าย เช่น น้ามันเบนซิน (Gasoline) น้ามันดิบ หรือสารเคมีที่มีความไวต่อการระเหย รูปที่ 2.3 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่แบบหลังคาลอยภายใน [3] 4. ถั ง อุ ต สาหกรรมแบบหลั ง คาลอยภายนอก (External Floated Roof Storage Tank) ประกอบด้ว ยเปลือกเหล็กทรงกระบอกเปิดด้านบนซึ่งมีห ลังคาลอยอยู่บนพื้นผิวของ ของเหลวที่เก็บไว้ ดังแสดงในรูปที่ 2.4 ดาดฟ้าลอยน้าถูกสร้างขึ้นจากแผ่นเหล็กเชื่อม เนื่องจากหลังคาเปิด หิมะและน้าฝนจึงสามารถสะสมบนหลังคาได้ จึงต้องมีระบบระบาย น้าที่เหมาะสม นอกจากนี้หลังคายังโดนแสงแดดและสภาพอากาศซึ่งอาจเร่งการกัดกร่อน ได้ ลมและปัจจัยภายนอกอื่น ๆ อาจทาให้หลังคาแกว่งและอาจเป็นอันตรายต่อถังน้าบน หลังคาลอยภายนอกได้ 6 รูปที่ 2.4 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่แบบหลังคาลอยภายนอก [3] โดยถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่อยู่ในโครงงานนี้ตั้งอยู่ที่ บริษัท พีทีที โกลบอล เคมิคอล จากัด (มหาชน) (PTT Global Chemical Public Company Limited) ส่วนอะโรเมติกส์ (Aromatics) โรง 1 ซึ่งเป็นโรงกลั่นที่มีหน้าที่ผลิตเคมีภัณฑ์ในอุตสาหกรรมปิ โตรเคมีขั้นต้น ซึ่งสารที่ถังนี้บรรจุอยู่คือ พาราไซลีน มีสูตรเคมี คือ C6H4(CH3) เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นกลางเพื่อใช้ผลิต กรด เทเรฟทาลิกบริสุทธิ์ (Purified Terephthalic Acid; PTA) โดยในปัจจุบันร้อยละ 65 ของ กรดเทเรฟ ทาลิกบริสุทธิ์จะถูกนาไปใช้ในการผลิตโพลิเอสเตอร์ (Polyester) หรือเส้นใยสังเคราะห์เพื่อนาไปผลิต เป็นเสื้อผ้า กระเป๋าผ้า อีกร้อยละ 30 นาไปผลิตเป็นขวดน้าดื่มที่ เรียกทั่วไปว่าขวดพอลิเอทิลีนเทเรฟ ทาเลต (Polyethylene Terephthalate; PET) เช่น ขวดน้าดื่ม, ขวดน้าอัดลม และที่เหลืออื่น ๆ อีก ร้อยละ 5 ใช้ในการผลิตสินค้าต่าง ๆ เช่น ฟิล์ม (Film) และภาชนะบรรจุอาหาร [4] 2.3 การออกแบบแผ่นผนังของชั้นต่าง ๆ [5] 2.3.1 วิธีการออกแบบความหนาแผ่นผนังสาหรับการก่อสร้างผนังถังตามมาตรฐาน API โดยวิธีการออกแบบความหนาของแผ่นผนังสาหรับการก่อสร้างผนังถังตามมาตรฐาน API มีอยู่ 2 วิธี 1. วัน ฟุต เมธอด (One-Foot Method; 1FM): จะใช้วันฟุตเมธอดเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลาง ของถังน้อยกว่า 61 เมตร 2. วาเรียเบิล ดีไซน์ พอยท์ เมธอด (Variable-Design-Point Method; VDPM): จะใช้วิธี วา เรียเบิล ดีไซน์ พอยท์ เมธอด เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของถังมากกว่า 61 เมตร 2.3.2 ความหนาแผ่นผนังแต่ละชั้น ความหนาของแผ่นผนังแต่ละชั้นจะออกแบบให้มีความหนาที่ต่างกัน เนื่องจากการกระจาย แรงดันไฮโดรสแตติก (Hydrostatic Pressure) ของของเหลวที่บรรจุที่ไม่เท่ากัน ดังแสดงในรูปที่ 2.5 7 โดยในชั้นด้านล่างของผนังถังจะออกแบบให้มีความหนามากที่สุดและชั้นด้านบนของผนังถังจะมีความ หนาน้อยที่สุด ดังแสดงในรูปที่ 2.6 รูปที่ 2.5 การกระจายแรงดัน [6] รูปที่ 2.6 ความหนาของผนังถังที่แตกต่างกัน [6] 2.4 วงแหวนเสริมความแข็งแรง (Wind Girder) [7] 2.4.1 วัตถุประสงค์ของการเสริมความแข็งแรงด้วยวงแหวนเสริมความแข็งแรง วงแหวนเสริมความแข็งแรง คือ วงแหวนที่ช่วยลดความเสี่ยงในการยุบตัวของถังอุตสาหกรรม ขนาดใหญ่เนื่องจากถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ใช้โดยทั่วไปมีความเสี่ยงที่จะเกิดการโก่งงอ (Buckling) ภายใต้น้าหนักที่รับเนื่องจากถังทาจากเหล็กแผ่นบาง และอาจเกิดจากแรงที่กระทาจากภายนอก เช่น แรงลม ด้วยเหตุนี้จึงต้องติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงไว้กับถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ 2.4.2 รูปแบบของวงแหวนเสริมความแข็งแรงตามมาตรฐาน API 650 วงแหวนเสริมความแข็งแรงจะมีอยู่ 2 ส่วน ได้แก่ วงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบน (Top Wind Girder) และวงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ (Intermediate Wind Girder) ดังแสดงในรูป ที่ 2.7 8 รูปที่ 2.7 วงแหวนเสริมความแข็งแรงในแต่ละส่วน [8] โดยวงแหวนเสริมแรงจะมีรูปแบบเป็นไปตามมาตรฐาน API 650 ดังแสดงในรูปที่ 2.8 รูปที่ 2.8 รูปแบบวงแหวนเสริมแรงตามมาตรฐาน API 650 [7] 2.4.3 วงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบน วงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบนมีไว้เพื่อรักษาความกลมของถังเมื่อถังอุตสาหกรรมขนาด ใหญ่ได้รับแรงลม วงแหวนเสริมความแข็งแรงจะต้องอยู่ที่ด้านนอกของเปลือกถัง วงแหวนเสริมความ แข็งแรงยังสามารถใช้เป็น คานพักหรือใช้เพื่อการเข้าไปบารุงรักษา โดยวงแหวนเสริมความแข็งแรง ด้านบนจะได้รับการออกแบบดังสมการ (2-1) สาหรับสัดส่วนโมดูลัสขั้นต่า (Minimum Modulus Ratio) ที่จาเป็นของวงแหวนเสริมความแข็งแรง 𝑍= 𝐷 2 ℎ1 17 ( 𝑉 190 ) โดยที่ 𝑍 คือ สัดส่วนโมดูลัสขั้นต่า หน่วย ลูกบาศก์เซนติเมตร 𝐷 คือ เส้นผ่านศูนย์กลางถัง หน่วย เมตร ℎ1 คือ ความสูงถัง หน่วย เมตร 𝑉 คือ ความเร็วลมที่ใช้ออกแบบ หน่วย กิโลเมตรต่อชั่วโมง 9 (2-1) สาหรับถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 61 เมตร จะมีการตรวจสอบ เพิ่มเติมสาหรับโมเมนต์ความเฉื่อย โดยโมเมนต์ความเฉื่อย (Moment of Inertia) ของวงแหวนเสริม ความแข็งแรงจะกาหนดโดยสมการ (2-2) 𝐼=[ (3583×𝐻2 ) 𝐸 𝑃 ] × 𝐷3 × ( 𝑤𝑑) 1.72 (2-2) โดยที่ 𝐼 คือ โมเมนต์ความเฉื่อยขั้นต่าที่ต้องการ หน่วย เซนติเมตรกาลังสี่ 𝐷 คือ เส้นผ่านศูนย์กลางถัง หน่วย เมตร 𝐻2 คือ ความสูงถัง หน่วย เมตร 𝐸 คือ มอดูลัสของยัง (Young’s Modulus) หน่วย กิกะปาสคาล 𝑃𝑤𝑑 คือ ความดันลมที่ออกแบบ = 𝑃𝑤𝑣 + 0.24 หน่วย กิโลปาสคาล 𝑉 𝑃𝑤𝑣 คือ ความดันของลม = 1.48( )2 หน่วย กิโลปาสคาล 190 𝑉 คือ ความเร็วลมที่ใช้ออกแบบ หน่วย กิโลเมตรต่อชั่วโมง 2.4.4 วงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ เนื่องจากความหนาของผนังถังจะลดลงเมื่อความสูงถังเพิ่มขึ้นตามการแปรผันแบบผกผันของ แรงดันไฮโดรสแตติก การติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ ตาแหน่งครึ่งหนึ่งของความสูงถัง จึงไม่ ถูกต้องนัก แนวทางปฏิบัติที่ กระทากันคือ แผ่นเหล็กผนังถังชั้นไหนยุบตัวมากที่สุด ให้ติดตั้งวงแหวน เสริมความแข็งแรงทุติยภูมิทตี่าแหน่งกึ่งกลางแผ่นเหล็กผนังถังชั้นนั้น ดังนั้นมาตรฐาน API 650 จึงได้ กาหนดแนวทางการคานวณจากสมการ (2-3) 𝑡 190 2 𝐷 𝑉 𝐻1 = 9.47𝑡√( )3 ( ) โดยที่ 𝐻1 คือ ระยะห่างของวงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบนกับวงแหวนเสริมความแข็งแรง ทุติยภูมิ หน่วย เมตร 𝐷 คือ เส้นผ่านศูนย์กลางถัง หน่วย เมตร 𝑡 คือ ความหนาของผนังถังด้านบน หน่วย มิลลิเมตร 𝑉 คือ ความเร็วลมที่ใช้ออกแบบ หน่วย กิโลเมตรต่อชั่วโมง 10 (2-3) 2.4.5 ตาแหน่งของวงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ ตามที่ระบุไว้ในส่วนที่ 2.3.2 ก่อนหน้านี้ การที่ผนังแต่ละชั้นมีขนาดที่ต่างกัน มักทาให้การ วิเคราะห์เป็นเรื่องยาก จึงทาการแปลงความหนาของผนังแต่ละชั้นให้มีความหนาเทียบเท่ากันกับผนัง ด้านบน โดยคานวณจากสมการ (2-4) 𝑊𝑡𝑟 = 𝑊√( 𝑡𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚 5 𝑡𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 ) (2-4) โดยที่ 𝑊𝑡𝑟 คือ ความกว้างของผนังที่แปลง หน่วย มิลลิเมตร 𝑊 คือ ความกว้างของผนัง หน่วย มิลลิเมตร 𝑡𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚 คือ ความหนาผนังชั้นบน หน่วย มิลลิเมตร 𝑡𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 คือ ความหนาของผนังที่ออกแบบจากการคานวณ หน่วย มิลลิเมตร หลังจากนั้นนาค่า 𝑊𝑡𝑟 ทั้งหมดรวมกันจะได้เป็นค่า 𝑊𝑡𝑟−𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 และทาการหาตาแหน่งวง แหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ โดยคานวณจากสมการ (2-5) ในทานองเดียวกัน สัดส่วนโมดูลัสขั้น ต่าที่จาเป็นของวงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ สามารถใช้สมการ (2-1) เช่นเดียวกับวงแหวน เสริมความแข็งแรงด้านบน 𝑊𝑡𝑟−𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 2 (2-5) โดยที่ 𝑊𝑡𝑟−𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 คือ ความกว้างทั้งหมดของผนังที่แปลง หน่วย มิลลิเมตร 2.4.6 จานวนการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ จานวนวงแหวนเสริมความแข็งแรงสาหรับกรณีที่ 𝑊𝑡𝑟 มีค่ามากกว่า 𝐻1 สามารถคานวณได้ จากสมการ (2-6) 𝑛𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝑡 𝐷 190 2 ) 𝑉 9.47𝑡√( )3 ( 𝑡𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚 𝑊√( 𝑡𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 )5 โดยที่ 𝑊 คือ ความกว้างของผนัง หน่วย มิลลิเมตร 𝑡𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚 คือ ความหนาผนังชั้นบน หน่วย มิลลิเมตร 𝑡𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 คือ ความหนาของผนังที่ออกแบบจากการคานวณ หน่วย มิลลิเมตร 11 (2-6) 𝐷 คือ เส้นผ่านศูนย์กลางถัง หน่วย เมตร 𝑡 คือ ความหนาของผนังถังด้านบน หน่วย เมตร 𝑉 คือ ความเร็วลมที่ใช้ออกแบบ หน่วย กิโลเมตรต่อชั่วโมง 2.5 การยุบตัวของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่จากการเกิดความดันสุญญากาศ [9] 2.5.1 สภาวะสุญญากาศ (Vacuum Pressure) สภาวะสุญญากาศเป็นสภาวะที่เกิดขึ้นภายในภาชนะปิด เช่น ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ถังเก็บ ความดั น หรื อ ถั ง กั ก เก็ บ โดยความดั น ภายในภาชนะจะมี ค่า ที่ น้ อ ยกว่า ความดั น บรรยากาศ (Atmospheric Pressure) มาก ๆ ทาให้ผลรวมของแรงลัพธ์ไม่เท่ากับศูนย์อีกต่อไป จนสามารถก่อ ความเสียหายให้กับตัวโครงสร้างของถังได้ แต่ในขณะเดียวกัน มาตรฐานของการก่อสร้างต่าง ๆ ได้มี การออกแบบให้สามารถรองรับต่อค่าความดันสุญญากาศไว้ในกรณีที่อาจเกิดกรณีใกล้เคียงกับ เหตุ การณ์ ไ ม่ คาดคิ ด ขึ้ น เช่ น สมาคมวิ ศ วกรรมเครื่ อ งกลแห่ ง อเมริ กา (American Society of Mechanical Engineers; ASME) สมาคมวิชาชีพทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งอเมริกา (American Society for Testing and Materials; ASTM) สถาบั น ปิ โ ตรเลี ย มแ ห่ ง อเ ม ริ กา (American Petroleum Institute; API) สาหรับถังเก็บน้ามันหรือผลิตภัณฑ์ปิโตรเคมี หากความดัน ที่เกิดขึ้นจากเหตุการณ์ที่ไม่คาดคิดหรืออยู่นอกเหนือการออกแบบ อาจส่งผลทาให้โครงสร้างเกิดความ เสียหายขึ้น จนนาไปสู่การยุบตัวของถังในที่สุด โดยมาตรฐาน API 650 จะกาหนด 𝑃𝑣𝑎𝑐,𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 = 2.5 มิลลิบาร์ 2.5.2 สาเหตุการยุบตัวของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่จากการเกิดความดันสุญญากาศ ถั ง อุ ต สาหกรรมขนาดใหญ่ เ กิ ด การยุ บ ตั ว เนื่ อ งจากการเกิ ด ความดั น สุ ญ ญากาศ เป็ น ปรากฎการณ์ที่ผนังของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่นั้นไม่สามารถรับหรือทนต่อแรงที่มากระทาในทิศ ทางเข้าหาตัวถังในแนวรัศมีได้ จึงเกิดการยุบตัวและเกิดความเสียหายต่อตัวถัง โดยเหตุการณ์ใน ลักษณะดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ใน 2 กรณี คือ 1. มีความดันภายนอกเข้ามากระทาต่อพื้นผิวของ ตัวถังจนเกินกว่าค่าความแข็งแรงของโครงสร้างจะสามารถรับต่อความดันนี้ได้ 2. การที่ความดัน ภายในตัวถังเกิดสภาวะความดัน สุญญากาศ โดยหนึ่งในสาเหตุหลักของปัญหาการยุบตัวของ ถั ง อุตสาหกรรมขนาดใหญ่คือ การที่ของไหลที่ถูกบรรจุอยู่ภายในได้ทาการผลิตแก๊สหรือไอระเหยออกมา และเมื่อมีการดู ด ของไหลเหล่านั้นออกอย่างรวดเร็วโดยไม่มีการนาอากาศเข้ามาแทนที่ แรงดูด เหล่านั้นจะสร้างพื้นที่สุญญากาศภายในถังซึ่งจะส่งผลให้ความดันบรรยากาศเข้ามากระทาอย่างรุนแรง ต่อตัวผนังของถังทาให้ตัวถังเกิดการยุบตัว และอีกหนึ่งสาเหตุที่อยู่ในความเป็นไปได้ที่อาจเป็นเหตุที่ ก่อให้เกิดการยุบตัวของถังขึ้นคือ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว โดยที่การเปลี่ยนแปลง ของอุณหภูมิอย่างมากและรวดเร็วนั้น สามารถทาให้ของไหลภายในถังที่อยู่ในสภาวะของแก๊สนั้นมี 12 การกลั่นตัว ส่งผลให้ความดันภายในถังลดลงจนมีค่าน้อยกว่าความดันบรรยากาศ จนนาไปสู่การ ยุบตัวของถังในที่สุด 2.5.3 การออกแบบค่าความดันออกแบบสาหรับถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ [10] ในการออกแบบภาชนะความดันหรือ ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่นั้นจะมีลาดับและขั้นตอนการ ออกแบบตามภาระที่ภาชนะนั้นต้องรับโดยสามารถแสดงพารามิเตอร์ (Parameter) ต่าง ๆ ในการ ออกแบบได้ดังนี้ 1. จุดความดันที่ใช้งานจริง (Operating Pressure; OP) เป็นภาระความดันที่ภาชนะนั้นได้รับ ในสภาวะปกติขึ้นอยู่กับภาชนะนั้นว่าใช้ทาอะไร 2. จุดความดันที่สูงที่สุด (Maximum Operating Pressure; MOP) เป็นภาระความดันสูงสุด ที่ภาชนะนั้นรับได้ หรือในสภาวะที่ไม่ปกติ 3. ความดันที่ถูกดีไซน์ (Design Pressure; DP) เป็นความดันที่ใช้ในการออกแบบโดยเผื่อค่า ความปลอดภัย (Safety Factor) อ้างอิงจากจุดความดันที่สูงที่สุด อาจจะออกแบบโดยเผื่อ ไว้ 10–15 จากค่าจุดความดันที่สูงที่สุด 2.6 การยุบตัวของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่จากความดันที่เกิดจากลม [24] ลมเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสาคัญที่ทาให้ถังอุตสาหกรรมเกิดการยุบตัว โดยเฉพาะเมื่อมีลมมาปะทะ กับตัวถังโดยตรงด้วยความเร็วสูง หรือที่เรียกว่าลมกระโชก ซึง่ จะทาให้เกิดความดันที่กดลงบนผนังถัง โดยมุมปะทะของความดันลมที่กระทากับถังที่มีหลังคาจะอยู่ในช่วง 60 องศา ถึง 80 องศา ดังแสดง ในรูปที่ 2.9 ซึ่งถ้าหากถังไม่มีความแข็งแรงเพียงพอหรือไม่ได้รับการออกแบบให้ทนต่อแรงลม ก็อาจ เกิดการยุบตัวได้ โดยความดันลมที่กระทากับถังจะแบ่งออกได้เป็น 2 ส่วน ได้แก่ ความดันลมปะทะ ผนังถังด้านนอก และความดันลมยกหลังคา ซึ่งเราจะสามารถคานวณหาความดันลมได้โ ดยเริ่มจาก การคานวณหาความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 1 ชั่วโมง หรือ 3600 วินาที ตลอดช่วง 50 ปีที่ผ่านมาใน ประเทศไทย ตามมาตรฐานการคานวณแรงลมและการตอบสนองของอาคาร (E.I.T.1018-46) จากนั้น ทาการแปลงความเร็วลมอ้างอิงในช่วงเวลา 3600 วินาที เป็นความเร็วลมกระโชกในช่วงเวลา 3 วินาที ตามมาตรฐานการออกแบบภาระโหลดขั้นต่าสาหรับอาคารและโครงสร้างอื่น ๆ (ASCE 7) เนื่องจากมี ความสมจริงมากกว่าตามพฤติกรรมของลมกระโชก จากนั้นหาความดันลมตามมาตรฐานการออกแบบ ถัง (API 650) 13 รูปที่ 2.9 มุมปะทะของความดันลมที่กระทากับถังที่มีหลังคา [24] 2.6.1 ความเร็วลมในประเทศไทยตามมาตรฐาน E.I.T.1018-46 [23] ความเร็วลมอ้างอิงเฉลี่ย ในประเทศไทยตามมาตรฐาน E.I.T.1018-46 จะถูกบันทึกในช่วง 1 ชั่วโมง หรือ 3600 วินาที ตลอดช่วง 50 ปีที่ผ่านมา ที่ความสูง 10 เมตร ในสภาพภูมิประเทศเปิดโล่ง โดยความเร็วลมนั้นจะขึ้นอยู่กับแต่ละภูมมิภาค ซึ่งจะสามารถแบ่งกลุ่มความเร็วลมออกเป็น 5 กลุ่ม ดังแสดงในรูปที่ 2.10 รูปที่ 2.10 แผนที่การแบ่งกลุ่มความเร็วลมอ้างอิง [23] โดยที่ กลุ่มที่ 1 กลุ่มที่ 2 กลุ่มที่ 3 ความเร็วลมเท่ากับ 25 เมตรต่อวินาที และค่าสัมประสิทธิ์ไต้ฝุ่นเท่ากับ 1.0 ความเร็วลมเท่ากับ 27 เมตรต่อวินาที และค่าสัมประสิทธิ์ไต้ฝุ่นเท่ากับ 1.0 ความเร็วลมเท่ากับ 29 เมตรต่อวินาที และค่าสัมประสิทธิ์ไต้ฝุ่นเท่ากับ 1.0 14 กลุ่มที่ 4A ความเร็วลมเท่ากับ 25 เมตรต่อวินาที และค่าสัมประสิทธิ์ไต้ฝุ่นเท่ากับ 1.2 กลุ่มที่ 4B ความเร็วลมเท่ากับ 25 เมตรต่อวินาที และค่าสัมประสิทธิ์ไต้ฝุ่นเท่ากับ 1.08 ซึ่งสามารถคานวณความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 3600 วินาที ได้จากสมการ (2-7) 𝑉̅ = 𝑉50 × 𝑇𝐹 (2-7) โดยที่ 𝑉̅ คือ ความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 3600 วินาที หน่วย เมตรต่อวินาที 𝑉50 คือ ความเร็วลมตลอดช่วง 50 ปี หน่วย เมตรต่อวินาที 𝑇𝐹 คือ ค่าสัมประสิทธิ์ไต้ฝุ่น 2.6.2 ความเร็วลมตามมาตรฐาน ASCE 7 [22] ความเร็วลมตามมาตรฐาน ASCE 7 จะใช้เป็นความเร็วลมรูปแบบกระโชกในช่วง 3 วินาที ซึ่ง อ้างอิงจากความน่าจะเป็นที่เกินค่า 2 เปอร์เซ็นต์ต่อปี โดยมีช่วงการเกิดซ้าเฉลี่ย 50 ปี โดยใช้เส้นโค้ง เดิร์สต์ (Durst Curve) ในการแปลงความเร็วลม ดังแสดงในรูปที่ 2.11 รูปที่ 2.11 เส้นโค้งเดิร์สต์ [22] โดยจะทาการแปลงความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 1 ชั่วโมง หรือ 3600 วินาที ให้เป็นความเร็วลมกระโชก ในช่วง 3 วินาที จากสมการ (2-8) 𝑉3 𝑠𝑒𝑐 =𝑌 𝑉3600 𝑠𝑒𝑐 15 (2-8) โดยที่ 𝑉3 𝑠𝑒𝑐 คือ ความเร็วลมกระโชกในช่วง 3 วินาที หน่วย เมตรต่อชั่วโมง 𝑉3600 𝑠𝑒𝑐 , 𝑉̅ คือ ความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 3600 วินาที หน่วย เมตรต่อชั่วโมง 𝑌 คือ ค่าพารามิเตอร์ในแนวแกน y ที่อ่านได้จากเส้นโค้งเดิร์สต์ 2.6.3 ความดันลมตามาตรฐาน API 650 [21] 2.6.3.1 ความดันลมปะทะผนังถังด้านนอก สามารถคานวณได้จากสมการ (2-9) 𝑉3 𝑠𝑒𝑐 2 𝑃𝑤,𝑑𝑟𝑎𝑔 = 0.89 kPa × ( ) 190 (2-9) 2.6.3.2 ความดันลมยกหลังคา สามารถคานวณได้จากสมการ (2-10) 𝑉3 𝑠𝑒𝑐 2 𝑃𝑤,𝑙𝑖𝑓𝑡 = 1.48 kPa × ( ) 190 (2-10) 2.7 การคานวณเชิงตัวเลขไฟไนต์เอลิเมนต์ [11] ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ เป็นการนาพื้นฐานทางคณิตศาสตร์และเทคนิคเชิงตัวเลขมาใช้ใน การแก้ปัญหาระบบสมการอนุพันธ์ย่อย (Partial Differential Equation) ด้วยระเบียบวิธีเชิงตัวเลข (Numerical Methods) เพื่อเป็นการแก้ไขปัญหาทางวิศวกรรมในเชิงพฤติกรรมของวัสดุ โครงสร้าง ความร้อนและของไหล ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่กาหนดขึ้น โดยมุ่งเน้นไปที่การหาผลลัพธ์ของปัญหาที่ กาหนดผ่านซอฟต์แวร์บนคอมพิวเตอร์ 2.7.1 ประเภทของเอลิเมนต์ในการใช้งานการวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์เชิงตัวเลข [12], [13] เอลิเมนต์ของการวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์เชิงตัวเลขมีอยู่ ทั้งหมด 28 ชนิด โดยกระบวนการ ศึกษาและเลือกชนิดของเอลิเมนต์เป็นกระบวนการที่ มีความสาคัญมาก เพราะหากเลือกชนิดของเอลิ เมนต์ไม่เหมาะสมกับปัญหาในการจาลองพฤติกรรมที่เอลิเมนต์ชนิดนั้นจะแสดงออก จะทาให้ค่าผลลัพธ์ ที่แสดงออกมานั้นไม่ใกล้เคียงกับความเป็นจริง แต่ในการวิเคราะห์ปัญหาอย่างง่ายหรือปัญหาทางด้าน การวิเคราะห์เชิงโครงสร้างสถิต (Static Structure) นั้น มักจะนิยมใช้เอลิเมนต์ขั้นพื้นฐาน 3 แบบ คือ เอ ลิเมนต์แบบระนาบ (Plane Element) เอลิเมนต์แบบเปลือก (Shell Element) และเอลิเมนต์แบบก้อน (Solid Element) อีกทั้งเอลิเมนต์ยังสามารถแบ่งแยกย่อยเป็นเอลิเมนต์ในระบบ 2 มิติ และ 3 มิติ 16 1. เอลิเมนต์แบบระนาบ (Plane Element) เป็นเอลิเมนต์ 2 มิติ ที่มีพื้นผิวที่ราบเพียงผิว เดียว การเสียรูปหรือแม้กระทั่งภาระที่กระทาอยู่บนระนาบบนพื้นผิวนี้จะถูกจากัดไว้ อีก ทั้งยังสามารถแบ่งเอลิเมนต์แบบระนาบออกเป็นทั้งหมด 3 แบบ คือ เอลิเมนต์ความเค้น แนวระนาบ (Plane Stress Elements), เอลิเมนต์ความเครียดแนวระนาบ (Plane Strain Elements) และ เอลิเมนต์แกนสมมาตร (Axisymmetric Elements) 2. เอลิเมนต์แบบเปลือก (Shell Element) เป็นเอลิเมนต์ที่ประกอบด้วยโหนด (Node) 4 จุด ถึ ง 8 จุ ด ในเอลิ เ มนต์ แ บบรู ป สี่ เ หลี่ ย มด้า นขนานที่ มี มิ ติ เ ท่า กั น (Isoparametric Quadrilaterals) หรื อ โหนด 3 จุ ด ถึ ง 6 จุ ด ในเอลิ เ มนต์ แ บบรู ป ทรงสามเหลี่ ย ม (Triangular) ในระบบ 3 มิติ โดยลักษณะของเอลิเมนต์แบบเปลือกนั้นจะมีลักษณะกลวงที่ ด้านใน อีกทั้งยังรองรับเพียงพฤติกรรมแรงโก่งตัว (Bending Force) ที่เกิดขึ้นกับตัวเอลิ เมนต์เอง โดยเหมาะกับกับการใช้กับชิ้นงานแบนเรียบทีม่ีความโค้งต่าอีกด้วย 3. เอลิเมนต์แบบก้อนเป็นเอลิเมนต์แบบพื้นฐานที่คุณสมบัติของวัส ดุจะถูกนาไปใช้บน แบบจาลองโดยตรง นิยมใช้กับแบบจาลองแบบ 3 มิติ และใช้กับชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อน โดยเอลิเมนต์แบบก้อนมีเพียง 3 องศาอิสระ (Degrees of Freedom) 2.7.2 รูปร่างของเอลิเมนต์ [12], [13] รูปร่างของระเบียบวิธีทางไฟไนต์เอลิเมนต์นั้นแบ่งออกเป็นหลัก ๆ 4 รูปแบบ ในเอลิเมนต์ทั้ง 2 มิติ และ 3 มิติ 1. เอลิเมนต์สามเหลี่ย ม (Triangle Element) เป็นเอลิเมนต์ 2 มิติ มีรูปร่างลักษณะเป็น สามเหลี่ยมประกอบไปด้วยด้านทั้ง 3 ด้าน เป็นเอลิเมนต์ที่ง่ายและไวต่อการสร้างโครงตา ข่าย แต่มักจะให้ค่าผลลัพธ์ที่ไม่เที่ยงตรงมากนัก อันเนื่องมาจากการที่ตัวเอลิเมนต์มี องศา อิสระแต่ละโหนดเพียง 2 จุด ทาให้การรองรับปัญหาการวิเคราะห์โครงสร้าง เช่น การโก่ง ตัว เนื่องจากการที่เอลิเมนต์มีค่า ความเครียดคงที่ระหว่างเอลิเมนต์ ซึ่งนั่นทาให้การ คานวณเพื่อแก้ไขปัญหาการโก่งตัวนั่นเป็นไปได้ยาก ยกเว้นการใช้เอลิเมนต์เป็นจานวนมาก 2. เอลิเมนต์สี่เหลี่ยม (Quadrilateral Element) เป็นเอลิเมนต์ 2 มิติ มีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยม ประกอบด้วยด้านทั้ง 4 ด้าน เป็นเอลิเมนต์ที่นิยมใช้กับปัญหาโดยทั่วไป เนื่องจากให้ความ แม่ น ยาในการหาค่า ความเครี ย ด และยั ง สามารถเสี ย รู ป ได้ มากกว่า เอลิ เ มนต์ ช นิ ด สามเหลี่ยม เพราะขอบของเอลิเมนต์นั้นสามารถที่จะโก่งตัวได้ อย่างไรก็ตาม ค่าผลลัพธ์ที่ แม่นยานั้นจะต้องแลกมาด้วยความสามารถในการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ และเวลาที่ ใช้ในการคานวณด้วยเช่นกัน 3. เอลิเมนต์สี่หน้า (Tetrahedral Element) เป็นเอลิเมนต์ 3 มิติ มีรูปทรงคล้ายพีระมิดฐาน สามเหลี่ยมที่มี 4 จุดยอด 6 ขอบ และประกอบไปด้วยด้านของพีระมิดทั้งหมด 4 หน้า เป็น 17 เอลิเมนต์ที่ให้ความแม่นยาที่ไม่สูง แต่หากใช้งานเอลิเมนต์ชนิดนี้ในจานวนที่มากเพียงพอ ต่อแบบจาลองจนสามารถทาให้โครงตาข่ายนั้นมีความละเอียดขึ้นและให้ความแม่นยาที่ เพิ่มขึ้นตามมานั่นเอง 4. เอลิเมนต์หกเหลี่ยม (Hexahedral Element) เป็นเอลิเมนต์ 3 มิติ มีรูปทรงคล้ายกับ ลูกบาศก์ที่มี 8 จุดยอด 12 ขอบ และประกอบไปด้วยด้านข้างทั้งหมด 6 หน้า มีคุณสมบัติ ที่คล้ายคลึงกับเอลิเมนต์สี่เหลี่ยม ไม่เหมาะกับการนาเอลิเมนต์ชนิดนี้เพียงหน่วยเดียวไปใช้ กับ ความหนา ในทางกลับกัน เอลิเมนต์ช นิดนี้มีความแม่นยาในการคานวณที่สูง อัน เนื่องมาจากการที่มีองศาอิสระอยู่เป็นจานวนมากกว่าเอลิเมนต์ชนิดอื่น 2.8 พฤติกรรมเชิงกลของวัสดุ [14] การเสียรูปของวัสดุนั้น มักจะถูกกล่าวถึงในแง่การเปลี่ยนแปลงไปของรูปร่าง หรือขนาดของ วัตถุอันเกิดมาจากการได้รับแรงที่กระทากับวัตถุหรือการเปลี่ยนแปลงไปของอุณหภูมิ โดยการเสียรูป ที่เกิดขึ้น ส่วนมากมักจะเกิดจากแรงที่มากระทากับวัตถุ ตัว อย่างเช่น แรงดึง (Tensile) แรงกด (Compress) แรงเฉือน (Shear) แรงโก่งตัว (Bending) และแรงบิด (Torsion) ซึ่งการเสียรูปมักจะ ปรากฎอยู่ในรูปของความเครียด (Strain) ในขณะที่การเสียรูปของวัตถุก่อตัวขึ้น แรงภายในระหว่างโมเลกุล (Molecule) ของวัสดุจะออกแรง ในทิศทางตรงข้ามกับแรงภายนอกที่กระทากับวัตถุ หากแรงภายนอกที่กระทานั้นไม่สูงจนเกินไป แรง ภายในจะยังสามารถต้านทานต่อแรงที่กระทาเข้ามาได้ และสามารถทาให้วัสดุนั้นสามารถคงสภาพเดิมไว้ เมื่อแรงที่กระทาถูกนาออก แต่หากแรงที่กระทานั้นมีขนาดที่ใหญ่ขึ้นก็อาจจะส่งผลให้การเสียรูปของวัสดุ นั้นเปลี่ยนไปเป็นแบบถาวร ไม่สามารถคงสภาพเดิมได้ จนนาไปสู่การที่วัตถุนั้นเกิดการพังและเสียหายไป ดังแสดงในรูปที่ 2.14 รูปที่ 2.12 กราฟแสดงการเสียรูปของวัสดุ [15] 18 2.8.1 วัสดุที่เสียรูปแบบยืดหยุ่น (Elastic Deformation) [15] เป็นการเสียรูปที่สามารถคืนตัวได้ โดยการเสียรูปในโลหะนั้นมักจะเกิดจากการเปลี่ยนแปลง เล็ก ๆ ในรูปร่างของระนาบอะตอม (Atomic Lattice) ซึ่งมักเกิดจากแรงเฉือนเป็นหลัก โดยการเสีย รูปแบบยืดหยุ่น (Elastic Deformation) นั้นมีความสัมพันธ์แบบเส้นตรง ตามกฎของฮุก (Hook's Law) ซึ่งจะนาค่าของมอดูลัสยังมาใช้ในการพิจารณาค่าของการเสียรูป 2.8.2 วัสดุที่เสียรูปแบบพลาสติก (Plastic Deformation) [16] เป็นการเสียรูปแบบถาวรที่จะเกิดขึ้นเมื่อวัสดุนั้นถูกความเค้นดึง ความเค้นกด ความเค้นดัด และความเค้นบิดที่มีค่าเกินกว่าจุดคราก (Crack Point) ของวัสดุแล้วทาให้วัสดุเกิดการยืดตัว ยุบตัว โก่งตัว งอตัว หรือแม้กระทั่งบิดตัวและจะไม่คืนตัวแม้กระทั่งถอนภาระออกจากชิ้นงาน และไม่ สามารถอธิบายได้ด้วยกฎของฮุ ค แต่จะสามารถอธิบายได้ด้วยสมการที่มีความสัมพันธ์เป็นเส้นตรง แทน โดยความเป็นพลาสติกในโลหะนั้นเป็นผลมาจากการเคลื่อนตาแหน่งของวัสดุที่มีความแข็งแต่ เปราะ 2.9 การรวมภาระโหลด [17] ภาระโหลดจะต้องรวมตามกฎการออกแบบมาตรฐาน โดยจะไม่มีภาระอื่นเข้ามารวมด้ว ย นอกจาก 𝐷𝐿 ในการรวม โดยกฎการออกแบบมาตรฐานที่ใช้ในโครงงานเป็นดังนี้ 1. ลมและความดันภายใน : 𝐷𝐿 + 𝑊 + 𝐹𝑝 𝑃𝑖 2. ลมและความดันภายนอก : 𝐷𝐿 + 𝑊 + 𝐹𝑝𝑒 𝑃𝑒 โดยที่ 𝐷𝐿 คือ น้าหนักของถัง (Dead Load) หน่วย นิวตัน 𝑊 คือ ความเร็วลมที่ออกแบบ หน่วย กิโลเมตรต่อชั่วโมง 𝐹𝑝 คือ ภาระโหลดที่เกิดจากการบรรจุของเหลว หน่วย นิวตัน 𝐹𝑝𝑒 คือ ภาระโหลดที่เกิดจากการบรรจุของเหลว หน่วย นิวตัน 𝑃𝑖 คือ ความดันภายในที่ออกแบบ หน่วย กิโลปาสคาล 𝑃𝑒 คือ ความดันภายนอกที่ออกแบบ หน่วย กิโลปาสคาล 2.10 เปลือกทรงกระบอกที่รับแรงดันภายนอกอย่างสม่าเสมอ [18] 2.10.1 ความรู้ทั่วไป บทนี้พูดถึงทุกกรณีของแรงดันภายนอกที่ มีการกระจายตัวอย่างสม่าเสมอรอบเส้นรอบวง เนื่องจากความเค้น (Stress) ที่สม่าเสมอในสภาวะก่อนเกิดการโก่งตัว ดังนั้นพฤติกรรมการโก่งตัวทาง ทฤษฎีจึงสามารถหาได้อย่างตรงไปตรงมาจากสมการเชิงอนุพันธ์ (Differential Equation) ทาให้มี 19 คาตอบเป็นจานวนมากสาหรับกรณีต่าง ๆ ที่เปลือก (Shells) มีความหนาของผนังที่คงที่ และสาหรับ กรณีที่ความหนาของผนังไม่คงที่ หรือมีการเสริมความแข็งแรงด้วยวงแหวนเสริมความแข็งแรง คาตอบ ถู ก หาจากการคานวณทางตั ว เลขบนพื้ น ฐานของสมการการโก่ ง ตั ว เชิ ง เส้ น (Linear Buckling Equation) สิ่งที่เป็นลักษณะเฉพาะคือทรงกระบอกที่รับแรงดันภายนอกที่สม่าเสมอจะเกิดการโก่งตัวที่มี ขนาดใหญ่และขยายตัวไปทั่วทั้งความยาวของเปลือก รูปที่ 2.13 เปลือกทรงกระบอกที่รับแรงดันภายนอกอย่างสม่าเสมอ, รูปแบบการโก่งตัวทั่วไป [18] ดังนั้นทรงกระบอกนี้จึงสามารถต้านทานได้เพียงแรงดันต่าเท่านั้นเมื่อเปรียบเทียบกับกรณีของ การรับภาระตามแนวแกนที่มีรูปแบบการโก่งตัวขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการรับภาระมักเกิด จากปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสุญญากาศของภาชนะต่าง ๆ ขอบเขตของแรงดันภายนอกจึงถูกจากัดอย่าง มากด้วยแรงดันบรรยากาศ กรณีที่ต่างออกไปคือกรณีของแรงดันไฮโดรสแตติก ในโครงสร้างของเรือ ดาน้า ซึ่งจาเป็นต้องเสริมความแข็งแรงของเปลือกผนังตามปกติ ซึ่ ง สอดคล้ อ งกั บ รู ป แบบการโก่ ง ตั ว ขนาดใหญ่ ที่ ข ยายตั ว ตลอดความยาวของเปลื อ ก ทรงกระบอก,ผลกระทบของความยาวทรงกระบอก, เงื่ อ นไขการยึ ด ติ ด ที่ ข อบเขต (Boundary Conditions) และความยาวของบริเวณที่มีแรงดัน หรือที่เรียกว่าแรงดันแถบ (Band Pressure) ซึ่งมี อิทธิพลอย่างมาก สิ่งเดียวกันนี้ถือเป็นจริงสาหรับผลกระทบของความหนาของผนังที่ไม่คงที่ หรือที่ เรียกว่าความหนาแบบขั้นบันได เนื่องจากชั้นที่หนากว่าจะสร้างเงื่อนไขการยึดติดกับผนังที่บางลง การ เพิ่มแรงดันการโก่งตัวอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการเสริมความแข็งแรงของเปลือกด้วยวงแหวน เสริมความแข็งแรง ผลกระทบเหล่านี้จะกล่าวถึงต่อไปโดยเน้น ไปที่ผลลัพธ์ที่สาคัญ การหาผลลัพธ์อาจแตกต่างกัน มากในแต่ละกรณีและจะกล่าวถึงเฉพาะในรูปแบบทั่วไปเท่านั้น แรงดันภายนอกที่สม่าเสมอจะถูก 20 นับว่าเป็นแรงดันที่คงที่ตลอดความยาวของเปลือกทรงกระบอก ซึ่งหมายความว่าแรงดันที่แปรผันตาม แนวแกน เช่น แรงดันไฮโดรสแตติก จะไม่ถูกพิจารณาในที่นี้ ความต้านทานการโก่งตัวทางทฤษฎีจะ แสดงอยู่ในรูปของความเค้นโก่งตัว (Buckling Stress; 𝜎𝑐𝑟 ) หรือในรูปแบบของความต้านทานการ โก่งตัว (Buckling Pressure; 𝑞𝑐𝑟 ) โดยสามารถหาความเค้นโก่งตัวได้จากสมการ (2-13) 𝜎𝑐𝑟 = 𝑞𝑐𝑟 × 𝑟 𝑡 (2-13) โดยที่ 𝜎𝑐𝑟 คือ ความเครียดโก่งตัว หน่วย ปาสคาล 𝑞𝑐𝑟 คือ ความต้านทานการโก่งตัว หน่วย ปาสคาล 𝑟 คือ รัศมีทรงกระบอก หน่วย เมตร 𝑡 คือ ความหนาของทรงกระบอก หน่วย มิลลิเมตร 2.10.2 เปลือกทรงกระบอกที่ความหนาผนังคงที่ กรณีพื้นฐานคือที่ปลายทรงกระบอกมีการรองรับอย่างง่าย ซึ่งหมายความว่ามีการยึดติดในแนว รัศมีแต่ไม่มีการยึดติดในแนวแกนและการหมุน โดยคาตอบของปัญหานี้จะถูกเรียกว่า ทฤษฎีการโก่ง ตัวแบบเชิงเส้น จึงสามารถนามาจากตัวอย่างเช่น ฟลุคก์ (1973, 1981) แรงดันโก่งตัวสามารถหาได้ โดยการเปลี่ยนแปลงของจานวนคลื่นในแนวรอบวง 𝑚 เท่านั้น เนื่องจากในทิศทางตามแนวยาว จานวนคลื่นจะเป็น 1 เสมอ ซึ่งแสดงรูปร่างของคลื่นครึ่งไซน์ (Half Sine) พฤติกรรมการโก่ งตัว มี ความแตกต่า งกั น อย่า งมากขึ้ น อยู่ กับ ความยาวของทรงกระบอก (พารามิ เ ตอร์ ที่ เ หมาะสมในการคานวณความยาวของทรงกระบอก คื อ พารามิ เ ตอร์ ค วามยาว (𝑙/𝑟)√𝑟/𝑡 หรือ (𝑙/𝑟)√𝑟/𝑡 ขึ้นอยู่กับช่วงของความยาว) พฤติกรรมที่แตกต่างกันนี้ยังสามารถ อธิบายได้ด้วย สมการการโก่งตัวของความยาวเฉพาะ (Length-Specific Buckling Formulae) ที่ ได้มาจากคาตอบที่ถูกต้องของ ฟลุคก์ โดยการละเว้นเทอมที่มีความสาคัญน้อยกว่า ทรงกระบอกสั้นมีอิทธิพลอย่างมากจากความแข็งแรงการดัดในแนวแกนและเมื่อความยาวสั้น ลง ความต้านทานการโก่งตัวจะเข้าใกล้ค่าความต้านทานโก่งตัวของแผ่น ซึ่งก็คือแถบแผ่น (PlateStrip) ที่มีความยาวเท่ากับเส้นรอบวง ทรงกระบอกที่มีความยาวปานกลางจะไม่ขึ้นอยู่กับผลกระทบ จากการดัดตามแนวยาว ความแข็งแรงที่สาคัญในทิศทางตามแนวแกนตอนนี้คือความแข็งแรงของเมม เบรน (Membrane) ของเปลือก ดังนั้นเปลือกเหล่านี้อาจจะประมาณได้โดยใช้ทฤษฎีที่เรียกว่าทฤษฎี กึ่งเมมเบรน ทรงกระบอกยาวจะไม่ขึ้นอยู่กับทั้งความแข็งแรงในการดัดและความแข็งแรงของเมม เบรนในทิศทางตามแนวแกน และจะเข้าใกล้ความต้านทานโก่งตัวของวงแหวนเสริมความแข็งแรง หรือท่อ สูตรความยาวเฉพาะสาหรับความต้านทานโก่งตัวทางทฤษฎีมีดังนี้ 21 ทรงกระบอกสั้น และทรงกระบอกยาวปานกลาง 𝜎𝑐𝑟 = 𝐸 1 [ + 𝑚2 (1+(𝑚2 /𝜋2 )(𝑙/𝑟)2 )2 (𝑡/𝑟)2 12(1−𝜇2 ) (𝑚 2 2 2 2 𝑟 +𝜋 ( ) ) ] 𝑙 (2-14) สาหรับกระบอกที่สั้นมาก จะมีเพียงเทอมที่สองของสมการเท่านั้นที่เกี่ยวข้อง โดยใช้ 𝑙 สาหรับ ความกว้างและ 𝑟𝜋 สาหรับความยาวของแถบแผ่นที่เทียบเท่า จะได้ผลลัพธ์เป็น 𝜎𝑐𝑟 = 𝑡 2 𝑚𝑙 𝑟𝜋 2 (2-15) 𝑟 𝑡 1.5 0.904 × 𝑘 𝑙 𝑟 (2-16) 𝐸𝜋2 ( ) [ 𝑟𝜋 + 𝑚𝑙] 12(1−𝜇2 ) 𝑙 สูตรที่เทียบเท่าสาหรับแผ่นมีดังนี้ 𝜎𝑐𝑟,𝑝𝑙 = 𝐸 ( ) ( ) [ (𝑙/𝑟)√𝑟/𝑡 ] ผลลัพธ์ของสูตรเหล่านี้แสดงในด้านซ้ายของรูปที่ 2.15 ซึ่ง 𝑘 = 2 สาหรับแรงดันภายนอก รวมถึงแรงดันบนแผ่นปลายด้วย โดยที่ 𝜎𝑐𝑟 คือ ความเครียดโก่งตัว หน่วย ปาสคาล 𝐸 คือ มอดูลัสของยัง หน่วย กิกะปาสคาล 𝑟 คือ รัศมีทรงกระบอก หน่วย เมตร 𝑡 คือ ความหนาของทรงกระบอก หน่วย มิลลิเมตร 𝑘 คือ ค่าสัมประสิทธิ์การโก่งตัวของแผ่น (Plate Buckling Coefficient) 𝑙 คือ ความกว้าง หน่วย เมตร 𝑚 คือ จานวนลูกคลื่น 𝜇 คือ ค่า อัตราส่วนปัวซง เท่ากับ 0.3 2.11 การโก่งงอของโครงสร้าง (Buckling) [19] เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อโครงสร้างหรือวัสดุภายใต้ ภาระโหลดแบบอัด (compressive load) จนเกิดการเปลี่ยนรูปอย่างกะทันหัน ซึ่งอาจทาให้โครงสร้างนั้นเสียรูปหรือเสียหายได้ โดยทั่วไป จะพบในวัสดุที่มีความยาวมาก เช่น เสา หรือคาน โดยวิธีแก้ปัญหาการโก่งงอจะมีวิธีแก้ปัญหาอยู่ 3 วิธี 22 2.11.1 การวิเคราะห์ค่าไอเกนต์เชิงเส้น (Linear Eigenvalue Analysis) เป็นวิธีการทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการกาหนดแรงบิดงอของโครงสร้างภายใต้สมมติฐานเชิงเส้น โดยจะมีการแก้ปัญหาค่าไอเกนต์เพื่อคานวณค่าปัจจัยภาระโหลดวิกฤติ (critical load factors) การ วิเคราะห์นี้มักใช้เพื่อหารูปแบบแรกของการบิดงอ และเหมาะสาหรับวัสดุที่มีความเป็นอีลาสติกและ โครงสร้างที่มีความยาวสูง โดยการวิเคราะห์หาค่าไอเกนต์ของการโก่งตัว (Eigenvalue Buckling Analysis) จะมีหลักการ คล้ายกับการหาค่าไอเกนต์ของปัญหาโดยทั่วไป ซึ่งมีสมการพื้นฐานดังสมการ (2-17) ([𝐾𝑡 ] + 𝜆𝑖 [𝑆]){𝜑𝑖 } = 0 (2-17) โดยที่ [𝐾𝑡 ] คือ แมทริกซ์ของความแข็งเกร็งของจุดที่สนใจ 𝜆𝑖 คือ อัตราส่วนระหว่างภาระการโก่งตัวกับภาระโหลดที่มากระทา [𝑆] คือ แมทริกซ์ค่าความเค้นแข็งเกร็งของระบบ {𝜑𝑖 } คือ โหมดของการโก่งตัว ค่าไอเกนต์ (Eigenvalue) แสดงถึงอัตราส่วนระหว่างภาระการโก่งตัวและภาระโหลดที่กระทา ซึ่งจะสามารถอธิบายได้ตามสมการที่ (2-18) 𝜆𝑖 = 𝐵𝑢𝑐𝑘𝑙𝑖𝑛𝑔 𝐿𝑜𝑎𝑑 𝐴𝑝𝑝𝑙𝑖𝑒𝑑 𝐿𝑜𝑎𝑑 (2-18) ค่าไอเกนต์จึงเปรียบเสมือนค่าด้านความปลอดภัย (Safety Factor) สาหรับโครงสร้างต่ อการ โก่งตัวในด้านหนึ่ง ค่าไอเกนต์ที่มีค่าน้อยกว่า 1 หมายความว่าโครงสร้างเกิดการโก่งตัวภายใต้ภาระ โหลดที่มากระทาแต่อีกนัยหนึ่ง ค่าไอเกนต์ที่มีค่ามากกว่า 1 หมายความว่าโครงสร้างจะไม่เกิดการโก่ง ตัว รูปที่ 2.14 รูปแบบการโก่งตัวของทั้ง 2 โหมดการวิเคราะห์ 23 ดังในกรณีตัวอย่างในรูปที่ 2.16 การวิเคราะห์ค่าไอเกนต์จะได้รูปแบบการบิดงอ (Buckling Mode Shapes) ออกมาเป็น 2 ค่า รวมถึงได้ค่าขนาดของภาระการโก่งตัว ออกมาเป็น 2 ค่า โดยแทน เป็นตัวแปร 𝜆1 และ 𝜆2 ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้ออกมาเหล่านี้สามารถตีความได้ว่า ที่ภาระโหลด 𝜆1 คูณกับ แรง (Force; F) โครงสร้างจะบิดงอในรูปแบบที่ 1 และที่ภาระโหลด 𝜆2 คูณกับแรง โครงสร้างจะบิด งอในรูปแบบที่ 2 และเนื่องจากค่ามีความสมมาตรกันจึงทาให้ ค่า 𝜆1 และ 𝜆2 จึงมีค่าเท่ากัน 2.11.2 การวิเคราะห์การโก่งตัวแบบไม่เชิงเส้น (Nonlinear Buckling Analysis) มีความแตกต่างจากการวิเคราะห์แบบเชิงเส้น การวิเคราะห์นี้จะคานึงถึงความไม่เป็นเชิงเส้นทั้ง ในด้านวัสดุและรูปทรง วิธีนี้ใช้สาหรับโครงสร้างที่มีการเปลี่ยนรูปอย่างมีนัยสาคัญก่อนที่จะเกิดการบิด งอ ซึ่งให้การคาดการณ์พฤติกรรมการบิดงอที่แม่นยามากขึ้น โดยเฉพาะสาหรับเสาที่ มีความสั้นหรือมี ความกว้าง ซึ่งอาจไม่ตรงตามสมมติฐานของการวิเคราะห์ แบบเชิงเส้น วิธีนี้มักต้องใช้เทคนิคการ คานวณเชิงตัวเลขเพื่อแก้สมการแบบไม่เชิงเส้น ซึ่งมีสมการพื้นฐานดังสมการ (2-19) [𝐾]{𝑢} = {𝐹} (2-19) โดยที่ [𝐾] คือ แมทริกซ์ของความแข็งเกร็งของจุดที่สนใจ [𝐹] คือ เวกเตอร์แรง {𝑢} คือ เวกเตอร์การเปลี่ยนรูป 2.11.3 การวิเคราะห์ชั่วขณะ (Transient Analysis) การวิเคราะห์ชั่วขณะเน้นไปที่การตอบสนองของโครงสร้างเมื่อได้รับแรงที่เปลี่ยนแปลงตาม เวลา เช่น แรงกระแทกหรือแรงจากแผ่นดินไหว วิธีนี้จะพิจารณาว่าการบิดงออาจเกิดขึ้นได้อย่างไร จากการที่ภาระโหลดเปลี่ยนแปลงตามเวลา แทนที่จะเป็นสภาวะคงที่ ซึ่งเป็นประโยชน์ในการเข้าใจ พฤติกรรมของโครงสร้างภายใต้การเปลี่ยนแปลงแบบฉับพลันของภาระโหลด และช่วยประเมินความ เสถียรและความปลอดภัยของโครงสร้างในเหตุการณ์ที่มีพลศาสตร์มาเกี่ยวข้อง 2.12 งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง [20] Adel Khalleefah Hamad Darmeesh แ ละ Amragah Geith Bobaker Ibraheem ไ ด้ ทาการศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับความต้านทานการเสียรูปของถังจากภาระโหลดต่าง ๆ ที่มากระทา โดย ได้ ทาการออกแบบและคานวณโดยละเอี ย ดเพื่ อ เลื อ กวงแหวนเสริ ม ความแข็ ง แรงสาหรั บ ถั ง อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ตามมาตรฐาน API 650 และทาการใช้ซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์เพื่อวิเคราะห์ 24 ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ รวมทั้งศึกษาผลกระทบที่เกิดจากแรงดันไฮโดรสแตติก ผลกระทบที่เกิด จากแรงลม ซึ่งใช้ถังเปล่าในการศึกษา โดยได้แบ่งการศึกษาเป็น 3 กรณี ได้แก่ ถังที่ไม่ติดตั้งวงแหวน เสริมความแข็งแรง ถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็ง แนฃ 1 ตัว และถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความ แข็งแรง 2 ตัว ทาให้ได้ข้อสรุปดังนี้ 1. แรงดันไฮโดรสแตติกของของเหลวที่เก็บอยู่ด้านในถังมีอิทธิพลอย่างมากต่อการเสียรูปของ ถัง 2. การลดความหนาผนังของถังชั้นบนจะส่งผลให้สูญเสียความต้านทานการเสียรูป 3. การเสียรูปของถังเก็บที่มาจากแรงลมจะขึ้นอยู่กับการที่สภาวะความดันภายในห้องมีค่า มากกว่าความดันภายนอกห้อง 4. วงแหวนเสริมความแข็งแรงช่วยเพิ่มความต้านทานการเสียรูปของถัง ส่วนวงแหวนเสริม ความแข็งแรงตัวที่สองไม่ได้มีส่วนช่วยเพิ่มความต้านทานการเสียรูปของถังมากเท่ากับตัวที่ หนึ่ง 25 บทที่ 3 ขั้นตอนการออกแบบ 3.1 บทนา ในบทนี้กล่าวถึงการกาหนดมาตรฐาน ความต้องการ และข้อ จากัดต่าง ๆ ที่ได้ถูกวางร่ว มกัน ระหว่างทีมผู้ออกแบบ ที่ปรึกษา และ บริษัท พีทีที โกลบอล เคมิคอล จากัด (มหาชน) (PTT Global Chemical Public Company Limited) โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างแนวทางในการออกแบบโครงงาน เพื่อให้ผู้ออกแบบสามารถคิดค้นวิธีการเก็บรวบรวมข้อมูล การวิเคราะห์ข้อมูล และการพัฒนาต่อยอด เพื่อให้ตอบสนองความต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด 3.2 ความต้องการของโครงงาน (Requirement) โครงงานนี้จะมุ่งเน้นไปที่การออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงสาหรับถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ให้สามารถทนรับแรงที่มากระทากระทากับตัวถังทั้งภายในและภายนอกให้มีป ระสิทธิภาพมากขึ้น เมื่อ เปรียบเทียบกับการที่ไม่ได้ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง เนื่องจากถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ตั้งอยู่ เหนือพื้นดินจะได้รับแรงมากระทาอยู่ตลอดเวลา โดยแรงส่วนมากที่มากระทานั้นมีผลกับการเสียรูปของ ถัง ได้แก่ แรงดันสุญญากาศในถังซึ่งเกิดจากการควบแน่นอย่างรวดเร็วของพาราไซลีนที่ระเหย พร้อมกับ อุณหภูมิภายนอกที่ลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงไปของสภาพอากาศ แรงลมที่มากระทบ และแรงลมพายุ 3.3 มาตรฐานการออกแบบโครงงาน (Standard) การออกแบบและปรับปรุงถังอุตสาหกรรม จะต้องปฏิบัติตามข้อกาหนดที่กาหนดไว้ในมาตรฐาน การออกแบบถั ง อุ ต สาหกรรม ซึ่ ง เป็ น ข้ อ กาหนดที่ ช่ ว ยให้ การออกแบบมี ค วามปลอดภั ย และมี ประสิทธิภาพในการใช้งาน โดยมาตรฐานที่เกี่ยวข้องมีดังนี้ 1. มาตรฐาน API STANDARD 650 คือ มาตรฐานที่กาหนดโดย สถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา สาหรับการออกแบบ การผลิต การตรวจสอบ และการทดสอบถังเก็บน้ามันและของเหลวที่มี ความดันต่า ซึ่งถูกสร้างขึ้นจากเหล็กหรือวัสดุอื่น ๆ ถังเก็บที่ออกแบบตามมาตรฐานนี้มักใช้ใน การเก็บ น้ามัน ดิบ ผลิตภัณฑ์น้ามันสาเร็จรูป น้า และสารเคมีต่าง ๆ โดยมุ่งเน้น ที่ความ ปลอดภัย ความทนทาน และความสามารถในการบารุงรักษาของถังเก็บ 2. มาตรฐาน API STANDARD 620 คือ มาตรฐานที่กาหนดโดย สถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา สาหรับการออกแบบ การก่อสร้าง การตรวจสอบ และการทดสอบถังเก็บของเหลวที่มีความดัน ปานกลางถึงสูง ซึ่งถูกสร้างขึ้นจากวัสดุเหล็กหรือวัสดุอื่น ๆ ซึ่งแตกต่างจาก API STANDARD 650 เนื่องจากมาตรฐานนี้ใช้สาหรับถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ที่ทางานภายใต้ความดันภายใน 26 ที่สูงกว่า ซึ่งสูงถึง 15 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว และสามารถออกแบบให้รองรับอุณหภูมิที่ต่ากว่าได้ เช่น ถังเก็บก๊าซเหลวหรือของเหลวที่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิ 3. มาตรฐาน API STANDARD 653 คือ มาตรฐานที่กาหนดโดย สถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา สาหรับการตรวจสอบ การบารุงรักษา การแก้ไข และการซ่อมแซมถังเก็บของเหลวที่ออกแบบ และก่ อ สร้า งตามมาตรฐาน API STANDARD 650 และ API STANDARD 620 ซึ่ ง ถั ง อุ ต สาหกรรมขนาดใหญ่ เ หล่า นี้ มั ก ใช้ สาหรั บ เก็ บ น้า มั น และของเหลวอื่ น ๆ โดย API STANDARD 653 มุ่งเน้นไปที่การตรวจสอบความสมบูรณ์ของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ใช้ งานอยู่ เพื่อตรวจหาความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นในระหว่างการใช้งาน เช่น การกัดกร่อน (Corrosion) การแตกร้าว (Cracking) หรือความเสียหายจากการใช้งานอื่น ๆ มาตรฐานนี้ยัง ครอบคลุมถึงข้อกาหนดในการแก้ไขและซ่อมแซมถังเก็บเพื่อยืดอายุการใช้งาน โดยคานึงถึง ความปลอดภัยและความสามารถในการทางานของถัง ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ โดยการ ตรวจสอบตามมาตรฐาน API 653 จะต้องดาเนินการโดยผู้ตรวจสอบที่ได้รับการรับรอง ซึ่งจะ ประเมินถังเก็บในหลายด้าน เช่น ความหนาของผนังถัง ความสมบูรณ์ของรอยเชื่อม การเสีย รูป และอื่น ๆ เพื่อให้มั่นใจว่าถังเก็บยังคงปลอดภัยและมีความน่าเชื่อถือในการใช้งานต่อไป 4. มาตรฐาน ASTM E8/E8M เป็นมาตรฐานที่อธิบายคุณสมบัติของโลหะโดยเฉพาะเช่นความ แข็งแรงของผลผลิต การยืดตัวของจุดผลผลิต ความต้านทานแรงดึง การยืดตัวและการลดพื้นที่ ซึ่งมาตรฐานนี้ครอบคลุมการทดสอบความเครียด การดัด การทรงตัว และการกระแทก ชื่อ เต็มของมาตรฐานมีดังนี้: ASTM E8/E8M วิธีทดสอบมาตรฐานสาหรับการทดสอบแรงดึงของ วัสดุโลหะ 3.4 ข้อจากัดการทดลอง (Constraint) โครงงานนี้มีข้อจากัดในเรื่องงบประมาณและความปลอดภัย เนื่องจากถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ ใช้จริงมีขนาดใหญ่ ซึ่งใหญ่เกินกว่าที่จะสามารถผลิต ขึ้นมาและทาการทดลองจริงได้ จึงต้องใช้ชิ้นงาน จาลองเก่าของปีก่อนหน้านามาทดลองและทางานวิจัยซ้า โดยการยึดติดที่ฐานของถังทรงกระบอกแล้วใช้ แรงลมกระทาด้านนอกถังทรงกระบอกเพื่อทาการทดลอง และศึกษาการเสียรูป 27 3.5 ขั้นตอนการดาเนินงาน ในหัว ข้อนี้จะกล่าวถึงขั้น ตอนการดาเนินงานทั้งหมดของโครงงาน ซึ่งโครงงานนี้จะเป็นการ วิเคราะห์การเสียรูป ของถังอุตสาหกรรมระหว่างกรณี ถัง อุตสาหกรรมที่ ไม่ติดตั้งวงแหวนเสริมความ แข็งแรงกับกรณีถังอุตสาหกรรมที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง จากนั้น เมื่อได้ผลลัพธ์ของทั้ง 2 กรณี จะนาผลลัพธ์ของการจาลองการเสียรูปของทั้ง 2 กรณี มาเปรียบเทียบกัน เพื่อนาเสนอ และนาไปปรับใช้ ต่อไป ซึ่งจะมีรายละเอียดการดาเนินงานดังรูปที่ 3.1 รูปที่ 3.1 แผนผังขั้นตอนการดาเนินงาน 28 3.5.1 การศึกษาข้อมูลและทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ในขั้นเริ่มต้นจะเริ่มด้วยการศึกษาเกี่ยวกับพื้นฐานของถังเก็บและพฤติกรรมการเสียรูปจากหนังสือ ทั่วไป โดยมุ่งเน้นที่ภาระโหลดจากลมและการออกแบบรวมถึงการคานวณเสากันลมที่ต้านทานภาระโหลด จากลมของถังเก็บชนิดที่ไม่มีหลังคาและถังที่มีหลังคาภายนอก ถังเก็บน้ามันที่มีหลังคาลอยภายนอกอาจมี พฤติกรรมการเสียรูปจากภาระภายในหรือภายนอก รวมถึงภาระโหลดจากลม พฤติกรรมการเสียรูปนี้มี ความสาคัญต่อการตั้งตัวของถัง โดยเฉพาะเมื่อถังว่างหรือเติมของเหลวให้เต็มถัง และในระยะการก่อสร้าง แม้ว่านักวิจัยหลายคนได้ศึกษาเกี่ยวกับการรับภาระโหลดจากลมในถังชนิดที่ไม่มีหลังคาและถังที่มีหลังคา ลอยภายนอก รวมถึงผลกระทบต่อการเสียรูปของถัง แต่ยังมีความจาเป็นที่จะต้องศึกษาพฤติกรรมการเสีย รูปในระหว่างการรับภาระโหลดจากลมสาหรับรูปทรงถังที่แตกต่างกันในสภาวะการทางานที่แตกต่างกัน ต่อไป หลังจากที่เสร็จสิ้นการทบทวนทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับถังอุตสาหกรรมและภาระโหลดจากลม รวมถึง ผลกระทบของการเสียรูป ต่อเปลือกถังแล้ว การวิจัยจะดาเนินการในสองขั้นตอน ขั้นตอนแรก จะใช้ มาตรฐาน API 650 สาหรับการออกแบบถังเหล็กเชื่อมสาหรับการเก็บน้ามันเป็นแนวทางในการออกแบบ และคานวณรูปทรง ขนาด และตาแหน่งของวงแหวนเสริมความแข็งแรงในแนวความสูงของถัง โดยการ คานวณนี้จะขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของถัง ความหนาของแผ่น และความสูงของถัง ขั้นตอนที่สอง จะ มีการสร้างแบบจาลองจากข้อมูลการออกแบบถังที่มีอยู่ โดยใช้ ซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ที่เป็นที่นิยมคือ ANSYS เพื่อประเมินความสามารถในการคาดการณ์ของโครงงานนี้ การจาลองนี้จะทาในสถานการณ์ของ ถังที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะในขณะที่ถังว่างเปล่าและเมื่อมีการเติมของเหลว และขั้นตอนสุดท้าย ผลการ คาดการณ์จากการจาลองจะถูกวิเคราะห์และประเมิน โดยเปรียบเทียบกับผลการออกแบบในการวิจัยนี้ และผลการวิจัยก่อนหน้าจากทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง เพื่อประเมินความสามารถในการคาดการณ์ของโครงงานนี้ 3.5.2 ขั้นตอนการผลิตชิ้นงานทดสอบ 3.5.2.1 ขั้นตอนการผลิตชิ้นงานทดสอบจากเหล็กแผ่นผนังถัง ในส่วนนี้จะเป็นขั้นตอนการผลิตชิ้นงานทดสอบจากเหล็กแผ่นผนังถังเพื่อที่จะเตรียมนาไปทดสอบ แรงดึงต่อไป โดยมีรายละเอียดดังนี้ 1. สร้างแบบจาลองในโปรแกรม SOLIDWORKS เพื่อนาแบบจาลองไปให้กับร้านที่รับผลิต ชิ้นงาน โดยใช้ขนาดของชิ้นงานตามมาตรฐานการทดสอบแรงดึง ASTM E8/E8M-11 29 รูปที่ 3.2 ภาพเขียนแบบของแบบจาลองชิ้นงานทดสอบ 2. นาเหล็กแผ่นผนังถัง A283-C ไปทาการขึ้นรูปเป็นชิ้นงานทดสอบตามมาตรฐานการทดสอบ แรงดึง ASTM E8/E8M-11 เพื่อให้ได้ขนาดที่ตรงตามมาตรฐานการทดสอบแรงดึง ซึ่งจะทา การขึ้นรูปเป็นชิ้นงานทดสอบจานวน 3 ชิ้น เพื่อให้ได้ค่าคุณสมบัติของเหล็กแผ่นผนังถัง หลังจากการทดสอบที่มีความแม่นยาสูง และป้องกันการเกิดความผิดพลาดในการทดสอบ ชิ้นงาน รูปที่ 3.3 มาตรฐานการทดสอบแรงดึง ASTM E8/E8M-11 30 3. โดยขั้นตอนการขึ้นรูปชิ้นงานทดสอบ จะเริ่มจากการนาเหล็กแผ่นผนังถังไปตัดด้วยแก๊สเพื่อ ลดความกว้างของแผ่นลง เนื่องจากไม่สามารถตัดด้วยเครื่องเลื่อยสายพานได้เพราะมีขนาดที่ ใหญ่เกินไป โดยต้องเผื่อขนาดไว้สาหรับผลจากความร้อน (Heat Effect) ที่จะเกิดขึ้นจากการ ตัดแก๊สด้วย 4. ทาการเลื่อยส่วนที่มีผลจากความร้อนที่เกิดจากการตัดแก๊สออก รูปที่ 3.4 เครื่องเลื่อยสายพาน 5. ทาการลดความหนาเหล็กแผ่นผนังถังลงด้วยเครื่องมิลลิ่ง (Milling Machine) หรือเครื่องกัด จากความหนา 9 มิลลิเมตร เป็น 6 มิลลิเมตร เพื่อให้ได้ขนาดที่ตรงตามมาตรฐานการทดสอบ แรงดึง 6. นาเหล็กแผ่นผนังถังไปขึ้นรูปด้วยเครื่องมิลลิ่ง ให้ได้ลักษณะที่เป็นแท่งออกมา รูปที่ 3.5 ขึ้นรูปเหล็กแท่ง 31 7. นาเหล็กแท่งที่ได้ไปกัดด้านข้างทั้ง 2 ด้านออกด้วยเครื่องมิลลิ่ง เพื่อให้มีความกว้างที่เท่ากัน ทั้งหมด และเช็คขนาดตามมาตรฐานการทดสอบแรงดึง รูปที่ 3.6 ใช้เครื่องมิลลิ่งกัดด้านข้างทั้ง 2 ด้าน 8. ทาการเจียรราบทั้ง 2 ด้านของเหล็กแท่ง เพื่อให้ได้ผิวที่มีความเรียบ และเช็คขนาดตาม มาตรฐานการทดสอบแรงดึงอีกครั้ง ก็จะได้ชิ้นงานทดสอบที่สมบูรณ์ รูปที่ 3.7 ชิ้นงานทดสอบ 3.5.2.3 ขั้นตอนการผลิตชิ้นงานทดสอบจากเหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคา ในส่วนนี้จะเป็น ขั้นตอนการผลิตชิ้นงานทดสอบจากเหล็ก แผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400 เพื่อที่จะเตรียมนาไปทดสอบแรงดึงต่อไป โดยมีรายละเอียดดังนี้ 1. สร้างแบบจาลองในโปรแกรม SOLIDWORKS เพื่อนาแบบจาลองไปให้กับร้านที่รับผลิต ชิ้นงาน โดยใช้ขนาดของชิ้นงานตามมาตรฐานการทดสอบแรงดึง ASTM E8/E8M-11 ดัง แสดงในรูปที่ 3.2 32 2. นาเหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคา ไปทาการขึ้นรูปเป็นชิ้นงานทดสอบตามมาตรฐานการทดสอบ แรงดึง ASTM E8/E8M-11 ดังแสดงในรูปที่ 3.3 เพื่อให้ได้ขนาดที่ตรงตามมาตรฐานการ ทดสอบแรงดึง ซึ่งจะทาการขึ้นรูปเป็นชิ้นงานทดสอบจานวน 3 ชิ้น เพื่อให้ได้ค่าคุณสมบัติของ เหล็ก แผ่น โครงสร้างหลังคาเกรด SS400 ที่มีความแม่นยาสูง และป้องกันการเกิดความ ผิดพลาดในการทดสอบชิ้นงาน 3. โดยขั้นตอนการขึ้นรูปชิ้นงานทดสอบ จะเริ่มจากการนาเหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคา ไปตัดด้วย แก๊สเพื่อลดความกว้างของแผ่นลง เนื่องจากไม่สามารถตัดด้วยเครื่องเลื่อยสายพานได้เพราะมี ขนาดที่ใหญ่เกินไป โดยต้องเผื่อขนาดไว้สาหรับผลจากความร้อน (Heat Effect) ที่จะเกิดขึ้น จากการตัดแก๊สด้วย 4. ทาการเลื่อยส่วนที่มีผลจากความร้อนที่เกิดจากการตัดแก๊สออก 5. ทาการลดความหนาเหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคาลงด้วยเครื่องมิลลิ่ง หรือเครื่องกัด จากความ หนา 9 มิลลิเมตร เป็น 6 มิลลิเมตร เพื่อให้ได้ขนาดที่ตรงตามมาตรฐานการทดสอบแรงดึง 6. นาเหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคา ไปขึ้นรูปด้วยเครื่องมิลลิ่ง ให้ได้ลักษณะที่เป็นแท่งออกมา 7. นาเหล็กแท่งที่ได้ไปกัดด้านข้างทั้ง 2 ด้านออกด้วยเครื่องมิลลิ่ง เพื่อให้มีความกว้างที่เท่ากัน ทั้งหมด และเช็คขนาดตามมาตรฐานการทดสอบแรงดึง 8. ทาการเจียรราบทั้ง 2 ด้านของเหล็กแท่ง เพื่อให้ได้ผิวที่มีความเรียบ และเช็คขนาดตาม มาตรฐานการทดสอบแรงดึงอีกครั้ง ก็จะได้ชิ้นงานทดสอบที่สมบูรณ์ รูปที่ 3.8 ชิ้นงานทดสอบ 33 3.5.3 ทาการทดสอบชิ้นงานทดสอบ 3.5.3.1 ทาการทดสอบแรงดึงเหล็กแผ่นผนังถัง A283-C ในขั้นตอนนี้จะเป็นการนาเหล็กแผ่นผนังถังทีผ่่านการขึ้นรูปแล้ว ไปทาการทดสอบแรงดึง (Tensile Testing) เพื่อนาข้อมูลที่ถูกต้องไปใช้ในการคานวณต่อไป โดยการทดสอบด้วยแรงดึงเป็นวิธีการทดสอบ วัสดุที่ใช้ในการกาหนดคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ เช่น ความแข็งแรงและการยืดตัว เป็นต้น โดยใช้แรงดึง กระทากับวัสดุจนเกิดการแตกหัก ผลการทดสอบสามารถใช้เพื่อกาหนดความเหมาะสมของวัสดุสาหรับ การใช้งานและเปรียบเทียบประสิทธิภาพของวัสดุ ที่แตกต่างกัน โดยการทดสอบแรงดึงมักดาเนินการกับ วัสดุต่าง ๆ เช่น โลหะหรือพลาสติก เป็นต้น ซึ่งได้ทาการทดสอบที่ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (National Metal and Materials Technology Center - MTEC) โดยจะมีขั้นตอนการทดสอบดังนี้ 1. วัดขนาดของชิ้นงานทดสอบก่อนทาการทดสอบเพื่อให้สามารถนาไปใช้ในการคานวณค่าความ เค้นและความเครียดได้ในภายหลัง 2. กาหนดตาแหน่งระยะความยาวเกจ (Gauge Length) เพื่อใช้เป็นตาแหน่งอ้างอิง สาหรับการ คานวณการยืดตัวของชิ้นงานทดสอบในระหว่างการทดสอบแรงดึง โดยตาแหน่งระยะความยาว เกจอยู่ที่ 25 มิลลิเมตร รูปที่ 3.9 การระบุตาแหน่งระยะความยาวเกจ 3. ทาการทดสอบแรงดึง โดยปลายทั้งสองด้านของชิ้นงานทดสอบจะถูกยึดด้วยตัวจับชิ้นงานทั้ง สองด้านโดยมีระยะในการจับอยู่ที่ 40 มิลลิเมตร และแรงในการจับอยู่ที่ 2,200 ปอนด์เปอร์ส แควร์อินช์ (Pound per Square Inch) และใส่แรงกระทาเข้าไปโดยใช้เป็นแรงดึงด้วยอัตรา คงที่ ซึ่งใช้ความเร็วในการทดสอบอยู่ที่ 1 มิลลิเมตรต่อนาที และทาการอ่านค่าแรงจากโหลด เซลล์ (Load Cell) ที่ต่อกับ ตัว จับชิ้นงาน ซึ่งทดสอบภายใต้ อุณภูมิ 23.4 องศาเซลเซีย ส (Degree Celsius) และค่า ความชื้น ที่ 49.7 เปอร์เซ็นต์รีเลทีฟฮิวมิดิตี (Percent Relative Humidity) ของห้อง 34 รูปที่ 3.10 เครื่องทดสอบแรงดึง รูปที่ 3.11 ข้อมูลจาเพาะของเครื่องทดสอบแรงดึง รูปที่ 3.12 รุ่นของเครื่องทดสอบแรงดึง 35 รูปที่ 3.13 ทาการทดสอบแรงดึง รูปที่ 3.14 ชิ้นงานทดสอบหลังผ่านการทดสอบแรงดึง 3.5.3.2 ทาการทดสอบแรงดึงเหล็กแผ่นโครสร้างหลังคาเกรด SS400 ในขั้นตอนนี้จะเป็นการนาเหล็กแผ่น โครสร้างหลังคาที่ผ่านการขึ้นรูปแล้ว ไปทาการทดสอบแรงดึง เพื่อนาข้อมูลที่ถูกต้องไปใช้ในการคานวณต่อไป ซึ่งได้ทาการทดสอบที่ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุ แห่งชาติ โดยจะมีขั้นตอนการทดสอบเหมือนกับการทดสอบแรงดึงเหล็กแผ่นผนังถัง โดยมีขั้นตอนดังนี้ 1. วัดขนาดของชิ้นงานทดสอบก่อนทาการทดสอบเพื่อให้สามารถนาไปใช้ในการคานวณค่าความ เค้นและความเครียดได้ในภายหลัง 2. กาหนดตาแหน่งระยะความยาวเกจ เพื่อใช้เป็นตาแหน่งอ้างอิงสาหรับการคานวณการยืดตัว ของชิ้นงานทดสอบในระหว่างการทดสอบแรงดึง โดยตาแหน่งระยะความยาวเกจอยู่ที่ 25 มิลลิเมตร 3. ทาการทดสอบแรงดึง โดยปลายทั้งสองด้านของชิ้นงานทดสอบจะถูกยึดด้วยตัวจับชิ้นงานทั้ง สองด้านโดยมีระยะในการจับอยู่ที่ 40 มิลลิเมตร และแรงในการจับอยู่ที่ 2,200 ปอนด์เปอร์ส แควร์อินช์ และใส่แรงกระทาเข้าไปโดยใช้เป็น แรงดึงด้วยอัตราคงที่ ซึ่งใช้ความเร็วในการ ทดสอบอยู่ที่ 1 มิลลิเมตรต่อนาที และทาการอ่านค่าแรงจากโหลดเซลล์ที่ต่อกับตัวจับชิ้นงาน 36 ซึ่งทดสอบภายใต้อุณภูมิ 23.4 องศาเซลเซียส และค่าความชื้นที่ 49.7 เปอร์เซ็นต์รีเลทีฟฮิวมิดิ ตีของห้อง โดยเครื่องที่ใช้ทดสอบแรงดึง เป็นเครื่องเดียวกันกับที่ใช้ ทดสอบแรงดึงของเหล็ก แผ่นผนังถัง รูปที่ 3.15 ชิ้นงานทดสอบหลังผ่านการทดสอบแรงดึง 3.5.4 ขั้นตอนการนาสมบัติเชิงกลของวัสดุไปใช้งานในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ หลังจากทาการทดสอบชิ้นงานทดสอบ จะได้ค่าสมบัติเชิงกลของชิ้นงานทดสอบออกมาเพื่อนาไปใช้ ในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยค่าสมบัติเชิงกลที่ได้ประกอบไปด้วย ความเค้นแรงดึง (Tensile Stress) ความเครีย ดแรงดึ ง (Tensile Strain) ความเค้นสูงสุด (Ultimate Strength) ความเค้นคราก (Yield Strength) และความยืดหยุ่นของวัสดุ (Young Modulus) 3.5.4.1 ขั้นตอนการนาสมบัติเชิงกลของวัสดุ A283-C ไปใช้งานในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ z รูปที่ 3.16 กราฟเชิงวิศวกรรม (Engineering Curve) ของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ 37 รูปที่ 3.17 ค่าสมบัติเชิงกลของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ 3.5.4.1.1 แปลงกราฟเชิงวิศวกรรมเป็นกราฟความเค้นจริงและความเครียดจริง กราฟที่ได้จากการทดสอบนั้นจัดเป็นกราฟเชิงวิศวกรรม ซึ่งไม่สามารถนาข้อมูลจากกราฟนี้มา ใช้ในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ จึงต้องแปลงข้อมูลกราฟเชิงวิศวกรรมนี้ไปเป็นกราฟความเค้นจริง (True Stress) และความเครียดจริง (True Strain) ก่อน ซึ่งจะมีวิธีการดังนี้ 1. ทาการแปลงข้อมูล ที่ได้จากการทดสอบซึ่งข้อมูลที่ได้จากการทดสอบจะเป็นค่าความเค้นและ ความเครียด ต้องทาการแปลงเป็นค่าความเค้นจริงและค่าความเครียดจริง โดยทาได้จากสมการ (3-1) และสมการ (3-2) 𝜀 = ln(1 + 𝑒) (3-1) 𝜎 = 𝑠(1 + 𝑒) (3-2) โดยที่ 𝜀 คือ ความเครียดจริง หน่วย มิลลิเมตรต่อมิลลิเมตร (Millimeter per Millimeter) 𝜎 คือ ความเค้นจริง หน่วย เมกะปาสคาล (Mega Pascal) 𝑒 คือ ความเค้น หน่วย เมกะปาสคาล 𝑠 คือ ความเครียด หน่วย มิลลิเมตรต่อมิลลิเมตร รูปที่ 3.18 ตัวอย่างตารางข้อมูลค่าความเค้นและความเครียด 38 รูปที่ 3.19 ตัวอย่างตารางข้อมูลความเค้นจริงและความเครียดจริง 2. จากนั้นทาการสร้างกราฟจากค่าความเค้นจริงและความเครียดจริง โดยกราฟที่ได้หลังจากการ แปลงค่าจะแสดงดังรูปที่ 3.20 รูปที่ 3.20 กราฟความเค้นจริงและความเครียดจริงของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ หากเปรีย บเทีย บกราฟเชิง วิศวกรรมกับ กราฟความเค้นจริงและความเครียดจริง จะพบความ แตกต่างเด่นชัดในช่วงพลาสติกคือ หลังจากจุดคราก (Yield point) จากกราฟที่ได้ กราฟของชิ้นงาน ทดสอบที่ 1 กับกราฟของชิ้นงานทดสอบที่ 2 ไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสาคัญ ดังนั้นจึงเลือก พิจารณาเฉพาะชิ้นงานทดสอบที่ 1 ได้ 39 3.5.4.1.2 การเลือกช่วงเพื่อไปทาการวิเคราะห์ โดยทั่ว ไปนั้น วิศวกรจะสนใจพฤติกรรมโครงสร้างทั้งช่วงอีลาสติก (Elastic Region) และช่วง พลาสติก (Plastic Region) แต่ในการวิเคราะห์นี้จะนาข้อมูลจากกราฟความเค้นจริงและความเครียดจริง เฉพาะช่วงการแข็งตัวจากความเครียด (Strain Hardening) มาใช้ในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์โดยช่วง การแข็งตัวจากความเครียดนั้นเริ่มจากความเค้นครากจนถึงความต้านทานแรงดึงสูงสุดเท่านั้นซึ่งแสดงดัง รูปที่ 3.21 รูปที่ 3.21 กราฟความเค้นและความเครียดที่แสดงถึงช่วงของการแข็งตัวจากความเครียด จากนั้นทาการพล็อตทั้งหมด 12 จุดเพื่อหาค่าความเค้นจริงและความเครียดจริง จากกราฟความ เค้นจริงและความเครียดจริง รูปที่ 3.22 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 1 40 รูปที่ 3.23 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 2 รูปที่ 3.24 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 3 รูปที่ 3.25 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 4 41 รูปที่ 3.26 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 5 รูปที่ 3.27 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 6 รูปที่ 3.28 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 7 42 รูปที่ 3.29 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 8 รูปที่ 3.30 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 9 รูปที่ 3.31 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 10 43 รูปที่ 3.32 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 11 รูปที่ 3.33 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงจุดที่ 12 44 ตารางที่ 3.1 ความเค้นจริงและความเครียดจริงทั้ง 12 ค่า ลาดับข้อมูล 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ความเครียด พลาสติก 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.099 0.105 ความเค้นจริง (เมกะปาสคาล) 336.1236 370 393 413 429 442 452 461 468 476 481 486 จุดเริ่มต้นของช่วงพลาสติกคือจุดครากและจุดสุดท้ายของช่วงพลาสติกหรือช่วงของการแข็งตัวจาก ความเครียด คือจุดความเค้นสูงสุดบนกราฟความเค้นจริงและความเครียดจริง 3.5.4.2 ขั้นตอนการนาสมบัติเชิงกลของวัสดุเหล็กเกรด SS400 ไปใช้งานในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ z รูปที่ 3.34 กราฟเชิงวิศวกรรมของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ 45 รูปที่ 3.35 ค่าสมบัติเชิงกลของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ 3.5.4.2.1 แปลงกราฟเชิงวิศวกรรมเป็นกราฟความเค้นจริงและความเครียดจริง ทาการแปลงกราฟเชิงวิศวกรรมเป็นกราฟความเค้นจริงและความเครียดจริง ซึ่งจะมีวิธีการดังนี้ 1. ทาการแปลงข้อมูลที่ได้จากการทดสอบซึ่งข้อมูลที่ได้จากการทดสอบจะเป็นค่าความเค้นและ ความเครียด ต้องทาการแปลงเป็นค่าความเค้นจริงและค่าความเครียดจริง โดยทาได้จากสมการ (3-1) และสมการ (3-2) 𝜀 = ln(1 + 𝑒) (3-1) 𝜎 = 𝑠(1 + 𝑒) (3-2) โดยที่ 𝜀 คือ ความเครียดจริง หน่วย มิลลิเมตรต่อมิลลิเมตร 𝜎 คือ ความเค้นจริง หน่วย เมกะปาสคาล 𝑒 คือ ความเค้น หน่วย เมกะปาสคาล s คือ ความเครียด หน่วย มิลลิเมตรต่อมิลลิเมตร 2. จากนั้นทาการสร้างกราฟจากค่าความเค้นจริงและความเครียดจริง โดยกราฟที่ได้หลังจากการ แปลงค่าจะแสดงดังรูปที่ 3.36 รูปที่ 3.36 กราฟความเค้นจริงและความเครียดจริงของทั้ง 3 ชิ้นงานทดสอบ 46 3.5.4.2.2 การเลือกช่วงเพื่อไปทาการวิเคราะห์ โดยทั่วไปนั้นวิศวกรจะสนใจพฤติกรรมโครงสร้างทั้งช่วงอีลาสติ ก และช่วงพลาสติก แต่ในการ วิเคราะห์นี้จะนาข้อมูลจากกราฟความเค้นจริงและความเครียดจริงเฉพาะช่วงการแข็งตัวจากความเครียด มาใช้ในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยช่วงการแข็งตัวจากความเครียดนั้นเริ่มจากความเค้นครากจนถึง ความต้านทานแรงดึงสูงสุด เท่านั้นซึ่งแสดงดังรูปที่ 3.21 จากนั้นทาการพล็อตทั้งหมด 10 จุดเพื่อหาค่า ความเค้นจริงและความเครียดจริงจากกราฟความเค้นจริงและความเครียดจริง ซึ่งจะได้ค่าออกมาดังแสดง ในตารางที่ 3.2 รูปที่ 3.37 ค่าความเค้นจริงและความเครียดจริงทั้ง 10 จุด ตารางที่ 3.2 ความเค้นจริงและความเครียดจริงทั้ง 10 ค่า ลาดับข้อมูล 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ความเครียด พลาสติก 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 47 ความเค้นจริง (เมกะปาสคาล) 284.3 349.4 405.2 438.7 464.3 485 500.8 514.5 525.8 536.5 3.5.5 สร้างแบบจาลองของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ในส่วนนี้จะเป็นการจาลองถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ซึ่งได้ทาการสร้างแบบจาลองจากซอฟต์แวร์ SOLIDWORKS โดยใช้ขนาดจริงตามแบบ Shop Floor Drawing ดังแสดงในรูปที่ 3.38 รูปที่ 3.38 โมเดลถัง 945-TK8A/B รูปที่ 3.39 ภาพเขียนแบบถัง 945-TK8A/B 48 3.5.6 การเลือกชนิดของเอลิเมนต์และขนาดของเอลิเมนต์ 3.5.6.1 ขั้นตอนในการเลือกชนิดของเอลิเมนต์ ในขั้นตอนนี้เป็นการเลือกชนิดของเอลิเมนต์ เพื่อให้ผลลัพธ์ในการจาลองของโมเดลทรงกระบอก ขนาดทดลองมีความคลาดเคลื่อนน้อยที่สุดเมื่อนาไปใช้ในการจาลองกับโมเดลทรงกระบอกที่มีขนาดจริง โดยจะใช้ขนาดของเอลิเมนต์ในการเลือกชนิดของเอลิเมนต์อยู่ที่ 10 มิลลิเมตร โดยผลลัพธ์ที่ได้จากการ เลือกชนิดของเอลิเมนต์แบ่งเป็นดังนี้ 1. เอลิเมนต์สี่เหลี่ยม ผลลัพธ์ที่ได้จากการจาลองโมเดลทรงกระบอกขนาดเล็ก โดยใช้เอลิเมนต์ สี่เหลี่ยมจะพบว่ามีการเสียรูปโดยรวมสูงสุดเท่ากับ 1.0056 มิลลิเมตร และมีค่าตัวคูณภาระการ โก่งตัวเท่ากับ 1.5793 และเกิดลูกคลื่นในแนวเส้นรอบวงของทรงกระบอกจานวน 6 ลูก รูปที่ 3.40 ผลลัพธ์จากการใช้เอลิเมนต์สี่เหลี่ยม 2. เอลิเมนต์สามเหลี่ยม ผลลัพธ์ที่ได้จากการจาลองโมเดลทรงกระบอกขนาดเล็ก โดยใช้เอลิเมนต์ สามเหลี่ยมจะพบว่ามีการเสียรูปโดยรวมสูงสุดเท่ากับ 1 มิลลิเมตร และมีค่าตัวคูณภาระการโก่ง ตัวเท่ากับ -5.1799 และไม่เกิดลูกคลื่นในแนวเส้นรอบวงของทรงกระบอก ดังนั้นไม่สามารถ เลือกใช้เอลิเมนต์ชนิดนี้ได้เนื่องจากไม่เกิดลูกคลื่นในแนวเส้นรอบวงของทรงกระบอกตามทฤษฎี การโก่งตัวแบบเชิงเส้น 49 รูปที่ 3.41 ผลลัพธ์จากการใช้เอลิเมนต์สามเหลี่ยม 3. เอลิเมนต์สี่เหลี่ยมผสมสามเหลี่ยม ผลลัพธ์ที่ได้จากการจาลองโมเดลทรงกระบอกขนาดเล็ก โดย ใช้เอลิเมนต์แบบสี่เหลี่ยมผสมสามเหลี่ยมจะพบว่ามีการเสียรูปโดยรวมสูงสุดเท่ากับ 1.0389 มิลลิเมตร และมีค่าตัวคูณภาระการโก่งตัวเท่ากับ 1.5740 และเกิดลูกคลื่นในแนวเส้นรอบวง ของทรงกระบอกจานวน 6 ลูก รูปที่ 3.42 ผลลัพธ์จากการใช้เอลิเมนต์สี่เหลี่ยมผสมสามเหลี่ยม โดยสรุปในขั้นตอนการเลือกชนิดของเอลิเมนต์นี้ ผู้ ออกแบบจะเลือกใช้เอลิเมนต์สี่เหลี่ยม เนื่องจากมีค่าการเสียรูปโดยรวมสูงสุดต่างกันเพียง 0.0333 มิลลิเมตร และมีค่าตัวคูณภาระการโก่งตัว ต่างกันเพียง 0.0053 เมื่อเทียบกับเอลิเมนต์สี่เหลี่ยมผสมสามเหลี่ยม และมีลูกคลื่นในแนวเส้นรอบวงของ ทรงกระบอกจานวน 6 ลูก เท่ากัน โดยการเลือกเอลิเมนต์สี่เหลี่ยมนี้มีความแม่นยาสูงเนื่องจากมีผลลัพธ์ จากการเปรียบเทียบชนิดของเอลิเมนต์ที่ผู้ออกแบบได้ทาการทดลอง อีกทั้งยังมีงานวิจัยมารองรับคือ เอลิ 50 เมนต์สามเหลี่ยมเป็นเอลิเมนต์ที่ง่ายและไวต่อการสร้างโครงตาข่าย แต่มักจะให้ค่าผลลัพธ์ที่ไม่เที่ยงตรง มากนัก อันเนื่องมาจากการที่ตัวเอลิเมนต์มีองศาอิสระแต่ละโหนดเพียง 2 จุด ทาให้การรองรับปัญหาการ วิเคราะห์โครงสร้าง เช่น การโก่งตัว เนื่องจากการที่เอลิเมนต์มีค่า ความเครียดคงที่ระหว่างเอลิเมนต์ ซึ่ง ส่งผลให้การคานวณเพื่อแก้ไขปัญหาการโก่งตัวนั่นเป็นไปได้ยาก รูปที่ 3.43 การกาหนดชนิดของเอลิเมนต์ 3.5.6.2 ขั้นตอนในการเลือกขนาดของเอลิเมนต์ ในขั้นตอนนี้จะทาการเลือกขนาดของเอลิเมนต์มา 3 ค่าโดยมีผลลัพธ์ของค่าการเสียรูปโดยรวม สูงสุดที่คงที่ โดยแสดงดังตารางที่ 3.3 ตารางที่ 3.3 ขนาดของเอลิเมนต์ ขนาดเอลิเมนต์ (มิลลิเมตร) การเสียรูปโดยรวมสูงสุด จานวนเอลิเมนต์ (มิลลิเมตร) 12 1.0079 4193 11 1.0195 5154 10 1.0056 6074 9 1.0103 7535 8 1.0311 9091 7 1.0204 12470 6 1.0289 17101 5 1.0024 23903 4 1.0227 37514 51 จากตารางจะพบช่วงของค่าการเสียรูปโดยรวมสูงสุดที่คงที่คือ เอลิเมนต์ขนาด 6 มิลลิเมตร เอลิ เมนต์ขนาด 7 มิลลิเมตร และเอลิเมนต์ขนาด 8 มิลลิเมตร โดยจะทาการเลือกเอลิเมนต์ขนาด 6 มิลลิเมตร เนื่องจากมีค่าการเสียรูปโดยรวมสูงสุดใกล้เคียงกับค่าเฉลี่ยการเสียรูปโดยรวมสูงสุด รูปที่ 3.44 การกาหนดขนาดของเมช (Mesh) รูปที่ 3.45 จานวนโหนดและจานวนเอลิเมนต์ 3.5.7 การเปรียบเทียบค่าความผิดพลาดของค่าทางทฤษฎีกับค่าทางซอฟต์แวร์ ในส่วนนี้จะเป็นการเปรียบเทียบค่าความผิดพลาดของค่าทางทฤษฎีกับค่าทางซอฟต์แวร์ เพื่อเป็น การตรวจสอบว่าความดันการโก่งตัววิกฤตระหว่างค่าจากซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์กับค่าจากทางทฤษฎี นั้นมีความใกล้เคียงกันหรือไม่ เพื่อเป็น การพิสูจน์ในขั้นต้นว่าขั้นตอนการทดลองที่ทานั้นมีความถูกต้อง และเป็นการตรวจสอบเอลิเมนต์ที่ใช้ในการทดลอง เพื่อเตรียมนาไปทาการทดลองในขั้นตอนถัดไป 52 3.5.7.1 การคานวณค่าจากการทดลองด้วยซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ ในส่วนนี้จะเป็นขั้นตอนการคานวณค่าจากผลการทดลองซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยมีขั้นตอน การทาดังนี้ 1. ทาการหาค่าความดันโก่งตัววิกฤตจากสมการ (3-3) เพื่อเตรียมนาไปคานวณหาค่าแรงที่กดลง บนฝาของถังทรงกระบอก โดยมีค่ามอดูลัสของยังเท่ากับ 210 กิกะปาสคาล (Giga Pascal) รัศมีเปลือกทรงกระบอกเท่ากับ 100 มิลลิเมตร ความหนาทรงกระบอกเท่ากับ 0.1 มิลลิเมตร และความสูงทรงกระบอกเท่ากับ 900 มิลลิเมตร 𝑟 𝑡 𝑞𝑐𝑟 = 0.92 × 𝐸( )( )2.5 𝑙 𝑟 (3-3) โดยที่ 𝑞𝑐𝑟 คือ ความดันโก่งตัววิกฤต หน่วย ปาสคาล 𝐸 คือ มอดูลัสของยัง หน่วย กิกะปาสคาล 𝑟 คือ รัศมีเปลือกทรงกระบอก หน่วย มิลลิเมตร 𝑡 คือ ความหนาของทรงกระบอก หน่วย มิลลิเมตร 𝑙 คือ ความสูงทรงกระบอก หน่วย มิลลิเมตร 𝑞𝑐𝑟 = 0.92 × 210 × 109 × ( 100 0.1 2.5 )( ) 900 100 ทาให้ได้ค่า 𝑞𝑐𝑟 ออกมาเท่ากับ 678.835 ปาสคาล 2. ทาการหาขนาดของแรงที่กดลงบนฝาของถังทรงกระบอกจากสมการ (3-4) เพื่อนาค่าที่ได้ไปทา การทดลองในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ 𝑃 = 𝑞𝑐𝑟 𝑟 2 𝜋 โดยที่ 𝑃 คือ แรงกดบนฝาของถังทรงกระบอก หน่วย นิวตัน 𝑃 = 678.835 × 0.12 × 𝜋 ทาให้ได้ค่า 𝑃 ออกมาเท่ากับ 21.326 นิวตัน 53 (3-4) 3. ในการจาลองการโก่งงอแบบเชิงเส้นสาหรับถังขนาดเล็กนั้นต้องมีข้อมูลของวัสดุที่นามาทาถัง ทรงกระบอก โดยสาหรับถังที่ต้องการจาลองนั้นใช้วัสดุเป็น เหล็ก A283-C ซึ่งคุณสมบัติทางกล ของวัสดุที่จาเป็นในการจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ด้วยซอฟต์แวร์ ANSYS มีดังนี้ 1.ความแข็งแรงดึงต่าสุด (Tensile Yield Strength) เท่ากับ 328 เมกะปาสคาล 2.ความแข็งแรงดึงสูงสุด (Tensile Ultimate Strength) เท่ากับ 433 เมกะปาสคาล 3.ความยืดหยุ่นของวัสดุ (Young’s Modulus) เท่ากับ 210 เมกะปาสคาล รูปที่ 3.46 กรอกค่าสมบัติเชิงกลของวัสดุลงในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ รูปที่ 3.47 กรอกค่าสมบัติเชิงกลของวัสดุลงในซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์ 4. ทาการสร้างแบบจาลองถังขนาดเล็ก โดยใช้โมดูล Geometry in SpaceClaim ในซอฟต์แวร์ ANSYS จาลองถังขึ้นมา ในส่วนการกาหนดชนิดของเอลิเมนต์ที่จะใช้ในการทาแบบจาลองโดย ใช้ฟังก์ชั่น Midsurface ในหัวข้อ Prepare เพื่อเปลี่ยนจากถังที่ถูกสร้างขึ้นมาจากเอลิเมนต์ แบบก้อนให้กลายเป็นเอลิเมนต์แบบเปลือกเพื่อสร้างแบบจาลองถังทรงกระบอกแบบบาง 54 รูปที่ 3.48 แบบจาลองของถังทรงกระบอก 5. ใช้หัวข้อ Static Structural ในการใส่ภาระโหลดและเงื่อนไขขอบเขตในการจาลองและใช้ หัว ข้อ Eigenvalue Buckling ในจาลองการโก่งตัว แบบเชิ งเส้น เพื่ อหาค่าภาระวิ กฤตของ แบบจาลอง รูปที่ 3.49 แถบเครื่องมือที่ใช้งาน 6. ขั้นตอนในการเลือกชนิดของเอลิเมนต์และขนาดของเอลิเมนต์เพื่อให้ผลลัพธ์ในการจาลองของ โมเดลทรงกระบอกขนาดสมมติมีความคลาดเคลื่อนน้อยที่สุดเมื่อนาไปใช้จาลองกับโมเดล ทรงกระบอกที่มีขนาดจริง โดยจะใช้ขนาดของเอลิเมนต์อยู่ที่ 10 มิลลิเมตร ซึ่งขั้นตอนในการ เลือกชนิดของเอลิเมนต์และขนาดของเอลิเมนต์จะเป็นไปดังหัวข้อ 3.5.6 7. ทาการใส่ความดันโก่งตัววิกฤตในแนวเส้นรอบวงของผนังถังทรงกระบอก ใส่แรงกดในตาแหน่ง ด้านบนฝาถังของทรงกระบอก ใส่แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทากับถังทรงกระบอก และใส่ เงื่อนไขขอบเขตอย่างง่าย (Simply Supported: 𝑆3 ) ที่ขอบล่างของถังทรงกระบอก โดยมีแรง 55 ในแนวแกน y โมเมนต์ดัดรอบแกน y ระยะกระจัดตามแนวเส้นรอบวง และระยะกระจัดตามแนว รัศมีของผนังถังเป็นศูนย์ รูปที่ 3.50 เงื่อนไขขอบเขตของทรงกระบอกที่มีเอลิเมนต์แบบเปลือก 8. จากนั้นทาการนับจานวนการยุบตัว ซึ่ง 2 การยุบตัวมีค่าเท่ากับ 1 ลูกคลื่น 9. ในส่วนนี้จะเป็นการนาเอาจานวนลูกคลื่นที่ได้ ค่ามอดูลัสของยังเท่ากับ 210 กิกะปาสคาล รัศมี เปลือกทรงกระบอกเท่ากับ 100 มิลลิเมตร ความหนาทรงกระบอกเท่ากับ 0.1 มิลลิเมตร ความ สูงทรงกระบอกเท่ากับ 900 มิลลิเมตร และอัตราส่วนปัวซงเท่ากับ 0.3 มาแทนลงในสมการ (214) ที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เพื่อหาค่าความเค้นโก่งตัววิกฤต 𝐸 1 (𝑡/𝑟)2 𝑟 2 2 2 2 (𝑚 + 𝜋 ( ) ) ] 𝜎𝑐𝑟 = 2 [ + 𝑚 (1 + (𝑚2 /𝜋 2 )(𝑙/𝑟)2 )2 12(1 − 𝜇 2 ) 𝑙 (2-14) โดยที่ 𝜎𝑐𝑟 คือ ความเครียดโก่งตัว หน่วย ปาสคาล 𝐸 คือ มอดูลัสของยัง หน่วย กิกะปาสคาล 𝑟 คือ รัศมีทรงกระบอก หน่วย เมตร 𝑡 คือ ความหนาของทรงกระบอก หน่วย มิลลิเมตร 𝑘 คือ ค่าสัมประสิทธิ์การโก่งตัวของแผ่น (Plate Buckling Coefficient) 𝑙 คือ ความกว้าง หน่วย เมตร 𝑚 คือ จานวนลูกคลื่น 𝜇 คือ ค่า อัตราส่วนปัวซง เท่ากับ 0.3 2 210 × 109 1 (0.0001/0.1)2 2 0.1 2 2 𝜎𝑐𝑟 = [ + (5 + 𝜋 ( ) ) ] 52 (1 + (52 /𝜋 2 )(0.9/0.1)2 )2 12(1 − 0.32 ) 0.9 ทาให้ได้ค่า 𝜎𝑐𝑟 ออกมาเท่ากับ 614462.947 ปาสคาล 56 10. หลังจากนั้นทาการนาค่าความเค้นโก่งตัววิกฤต รัศมีเปลือกทรงกระบอกเท่ากับ 100 มิลลิเมตร และความหนาทรงกระบอกเท่ากับ 0.1 มิลลิเมตร ไปแทนในสมการ (2-13) เพื่อหาค่าความดัน โก่งตัววิกฤต 𝜎𝑐𝑟 = 𝑞𝑐𝑟 × 𝑟 (2-13) 𝑡 โดยที่ 𝜎𝑐𝑟 คือ ความเครียดโก่งตัว หน่วย ปาสคาล 𝑞𝑐𝑟 คือ ความต้านทานการโก่งตัว หน่วย ปาสคาล 𝑟 คือ รัศมีทรงกระบอก หน่วย เมตร 𝑡 คือ ความหนาของทรงกระบอก หน่วย มิลลิเมตร 614462.947 = 𝑞𝑐𝑟 × 0.1 0.0001 ทาให้ได้ค่า 𝑞𝑐𝑟 ออกมาเท่ากับ 614.463 ปาสคาล 11. ทาการนาความดันโก่งตัววิกฤตไปแทนในสมการที่ (3-5) เพื่อนาค่าที่ได้ไปเปรียบเทียบกับ ค่า ทางทฤษฎีต่อไป 𝑞𝑐𝑟 𝑟 𝑡 𝐸 ( )2.5 𝑙 𝑟 (3-5) 𝑞𝑐𝑟 0.1 0.0001 2.5 210 × 109 × ( ) ( ) 0.9 0.1 ทาให้ได้ค่าออกมาเท่ากับ 0.925 3.5.7.2 การคานวณค่าทางทฤษฎี ในส่วนนี้จะเป็นขั้นตอนการคานวณค่าความดันโก่งตัววิกฤต ซึง่ จะทาการอ้างอิงจากแผนภาพดังรูป ที่ 3.51 โดยแสดงถึงความดันโก่งตัววิกฤตสาหรับเปลือกของทรงกระบอกที่มีอัตราส่วนขนาดใหญ่ของรัศมี เปลื อ กของทรงกระบอกต่ อ ความหนาทรงกระบอกอยู่ ที่ 1000 (𝑟/𝑡 = 1000) ภายใต้ แ รงดัน ภายนอกที่สม่าเสมอที่กระทากับผิวเปลือกของทรงกระบอก ซึ่ง ค่าความดันอยู่ที่ 0 (𝑃 = 0) หรือความ ดันภายนอกโดยรวม (𝑃 = 𝑞𝜋𝑟 2) โดยข้อจากัดคื อเงื่อนไขขอบเขตด้านบนและด้านล่างจะต้ องใช้ เงื่อนไขขอบเขตเดียวกันจึงจะสามารถใช้ทฤษฐีนี้ได้ 57 รูปที่ 3.51 แผนภาพแสดงความดันโก่งตัววิกฤตสาหรับทรงกระบอก โดยจะมีขั้นตอนในการคานวณดังนี้ ซึ่งมีพารามิเตอร์ที่ใช้ในการคานวณประกอบไปด้วย ความสูง ท ร ง ก ระ บ อ ก เ ท่า กั บ 9 0 0 มิ ล ลิ เ ม ต ร รัศมีเปลือกทรงกระบอกเ ท่า กั บ 1 0 0 มิ ล ลิ เ ม ต ร ค่ามอดูลัสของยังเท่ากับ 210 กิกะปาสคาล และความหนาทรงกระบอกเท่ากับ 0.1 มิลลิเมตร 1. คานวณความยาวทรงกระบอก (Cylindrical Length) จากสมการ (3-6) Cylindrical Length = 𝑙/𝑟 (3-6) Cylindrical Length = 0.9/0.1 ทาให้ได้ค่าความยาวทรงกระบอกออกมาเท่ากับ 9 2. ทาการอ่านแผนภาพดังรูปที่ 3.51 ในแนวแกน y จากค่าความยาวทรงกระบอกที่ได้ในขั้นตอนที่ 3 ซึ่งจะได้ค่าในแนวแกน y เท่ากับ 0.92 และจานวนลูกคลื่นวิกฤตเท่ากับ 5 ลูก ของกรณีที่มี ความดันภายนอกโดยรวมมากระทากับฝาถัง 3.5.8 การคานวณความดันลมปะทะผนังถังด้านนอก และความดันลมยกหลังคา ในส่วนนี้จะเป็นขั้นตอนการคานวณความดันลมปะทะผนังถังด้านนอก และความดันลมยกหลังคา โดยมีขั้นตอนการการคานวณดังนี้ 1. คานวณหาความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 1 ชั่วโมง หรือ 3600 วินาที ตลอดช่วง 50 ปีที่ผ่านมาใน ประเทศไทย โดยจะเริ่มจาการหาความเร็วลมจากแผนที่การแบ่งกลุ่มความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 58 3600 วินาที เนื่องจากที่ตั้งของถังอุตสาหกรรมอยู่ในกลุ่มที่ 1 ทาให้มีความเร็วลมเท่ากับ 25 เมตรต่อวินาที และมีค่าสัมประสิทธิ์ไต้ฝุ่นเท่ากับ 1 ดังแสดงในรูปที่ 3.52 รูปที่ 3.52 ความเร็วลมในกลุ่มที่ 1 2. นาความเร็วลมและค่าสัมประสิทธิ์ไต้ฝุ่นจากแผนที่การแบ่งกลุ่มความเร็วลมอ้างอิงที่ได้มาแทน ลงในสมการที่ (2-7) เพื่อหาความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 3600 วินาที 𝑉̅ = 𝑉50 × 𝑇𝐹 (2-7) โดยที่ 𝑉̅ คือ ความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 3600 วินาที หน่วย เมตรต่อวินาที 𝑉50 คือ ความเร็วลมตลอดช่วง 50 ปี หน่วย เมตรต่อวินาที 𝑇𝐹 คือ ค่าสัมประสิทธิ์ไต้ฝุ่น 𝑉̅ = 25 × 1 หลังจากที่ทาการคานวณออกมาทาให้ได้ ความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 3600 วินาที เท่ากับ 25 เมตรต่อวินาที 3. ทาการแปลงความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 3600 วินาที ให้เป็นความเร็วลมกระโชกในช่วง 3 วินาที โดยเริ่มจากอ่านค่าพารามิเตอร์ในแนวแกน y จากเส้นโค้งเดิร์สต์ ดังแสดงในรูปที่ 3.53 ซึ่งจะได้ ค่าพารามิเตอร์ในแนวแกน y เท่ากับ 1.525 59 รูปที่ 3.53 ค่าพารามิเตอร์ในแนวแกน y จากเส้นโค้งเดิร์สต์ 4. จากนั้นนาค่าพารามิเตอร์ในแนวแกน y จากเส้นโค้งเดิร์สต์ และความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 3600 วินาที มาแทนลงในสมการที่ (2-8) เพื่อหาความเร็วลมกระโชกในช่วง 3 วินาที 𝑉3 𝑠𝑒𝑐 =𝑌 𝑉3600 𝑠𝑒𝑐 (2-8) โดยที่ 𝑉3 𝑠𝑒𝑐 คือ ความเร็วลมกระโชกในช่วง 3 วินาที หน่วย เมตรต่อชั่วโมง 𝑉3600 𝑠𝑒𝑐 , 𝑉̅ คือ ความเร็วลมอ้างอิงในช่วง 3600 วินาที หน่วย เมตรต่อชั่วโมง 𝑌 คือ ค่าพารามิเตอร์ในแนวแกน y ที่อ่านได้จากเส้นโค้งเดิร์สต์ 𝑉3 𝑠𝑒𝑐 = 1.525 25 หลังจากที่ทาการคานวณออกมาทาให้ได้ความเร็วลมกระโชกในช่วง 3 วินาที เท่ากับ 38.1 เมตรต่อวินาที หรือ 137.2 กิโลเมตรต่อชั่วโมง 5. นาความเร็วลมกระโชกในช่วง 3 วินาที ซึ่งมีค่าเท่ากับ 137.2 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แทนลงใน สมการที่ (2-9) เพื่อหาความดันลมปะทะผนังถังด้านนอก 𝑉3 𝑠𝑒𝑐 2 𝑃𝑤,𝑑𝑟𝑎𝑔 = 0.89 kPa × ( ) 190 (2-9) หลังจากที่ทาการคานวณออกมาทาให้ได้ ความดันลมปะทะผนังถังด้านนอกเท่ากับ 0.46 กิโลปาสคาล 60 6. นาความเร็วลมกระโชกในช่วง 3 วินาที ซึ่งมีค่าเท่ากับ 137.2 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แทนลงใน สมการที่ (2-10) เพื่อหาความความดันลมยกหลังคา 𝑉3 𝑠𝑒𝑐 2 𝑃𝑤,𝑙𝑖𝑓𝑡 = 1.48 kPa × ( ) 190 (2-10) หลังจากที่ทาการคานวณออกมาทาให้ได้ความดันลมยกหลังคาเท่ากับ 0.77 กิโลปาสคาล 3.5.9 การออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงตามมาตรฐาน API 650 ในส่วนนี้จะเป็นขั้นตอนการคานวณเพื่อติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงตามมาตรฐาน API 650 โดยจะแบ่งเป็น การคานวณวงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบนและการคานวณวงแหวนเสริมความ แข็งแรงทุติยภูมิ ซึ่งข้อมูลของถังอุตสาหกรรมเป็นดังตารางที่ 3.4 ตารางที่ 3.4 ข้อมูลของถังอุตสาหกรรม ขนาดถัง เส้นผ่านศูนย์กลางถัง : 25.966 เมตร ความสูงถัง : 18.6 เมตร ความจุถัง : 9870 ลูกบาศก์เมตร ของเหลวที่บรรจุในถัง : พาราไซลีน ความหนาที่ยอมให้สนิมกัด : 1.6 มิลลิเมตร ความเร็วลม : 190 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความหนาผนังและวัสดุแต่ละชั้น ชั้น วัสดุ 1 A283-C 2 A283-C 3 A283-C 4 A283-C 5 A283-C 6 A283-C 7 A283-C 8 A283-C 9 A283-C ความหนา (มิลลิเมตร) 16.4 14.5 12.5 10.6 8.7 6.7 6.4 6.4 12 61 ความสูง (มิลลิเมตร) 2438 2438 2438 2438 2438 2438 2438 1234 300 รูปที่ 3.54 ตารางการเลือกรูปแบบของวงแหวนเสริมความแข็งแรงตามมาตรฐาน API 650 3.5.9.1 การคานวณวงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบน การคานวณวงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบน เริ่มต้นโดยการคานวณโมเมนต์ความต้านทานขั้น ต่าที่จาเป็น จากนั้นเลือกวงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบนที่ต้องการเพื่อให้ได้โมเมนต์ความต้านทานที่ จาเป็น โมเมนต์ความต้านทานขั้นต่าสาหรับ วงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบนสามารถคานวณได้โดยใช้ สมการ (2-1) 62 𝑍= 𝐷 2 ℎ1 17 ( 𝑉 190 )2 (2-1) โดยที่ 𝑍 คือ สัดส่วนโมดูลัสขั้นต่า หน่วย ลูกบาศก์เซนติเมตร 𝐷 คือ เส้นผ่านศูนย์กลางถัง หน่วย เมตร ℎ1 คือ ความสูงถัง หน่วย เมตร 𝑉 คือ ความเร็วลมที่ใช้ออกแบบ หน่วย กิโลเมตรต่อชั่วโมง 𝑍= 25.9662 × 18.6 190 2 ( ) 17 190 หลังจากที่ทาการคานวณออกมาทาให้ได้ค่า z = 737.69 ตารางเซนติเมตร ซึง่ ผนังชั้นบนสุดมีความ หนาอยู่ที่ 12 มิลลิเมตร ซึ่ง ในรูปที่ 3.54 ค่าในตารางมีมากสุดเพียง 11 มิลลิเมตร จึงใช้ค่าความหนา สาหรับหาเลือกรูปแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ 11 มิลลิเมตร ทาให้ได้รูปแบบวงแหวนเสริมความ แรงเป็นแบบฟอร์มเพลท (Formed Plate) ที่มีขนาดความยาว (b) เท่ากับ 400 มิลลิเมตร ซึ่งรูปแบบของ วงแหวนเสริมความแข็งแรงจะแสดงดังในรูปที่ 3.55 รูปที่ 3.55 รูปแบบของวงแหวนเสริมความแข็งแรง 63 3.5.9.2 การคานวณวงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ การออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ สาหรับถังตามมาตรฐาน API 650 สามารถทาได้ โดยขั้นตอนดังนี้ 1. ถังเก็บอุตสาหกรรมที่ตั้งอยู่เหนือพื้นดิน เป็นโครงสร้างที่มีผนังบาง โดยแผ่นเปลือกของถังจะ หนามากกว่าที่ด้านล่างและความหนาของแผ่นเปลือกจะลดลงเมื่อไปถึงด้านบนของถัง ซึ่ง หมายความว่า ความแข็งแรงส่วนบนของถังจะอ่อนแอกว่าส่วนล่าง ดังนั้น หากต้องการติดตั้ง วง แหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ ตามมาตรฐานจะไม่ติดตั้งตรงกลางของความสูงถัง แต่จะต้อง ติดตั้งเหนือกึ่งกลางของความสูงถังและใกล้กับส่วนบนที่อ่อนแอ เพื่อเพิ่มความมั่นคงให้กับถัง การเปลี่ยนแปลงความหนาของแผ่นเปลือกถังในแต่ละช่วงจะต้องถูกพิจารณาเมื่อทาการหา ตาแหน่งติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ ตามมาตรฐาน API 650 ความสูงของเปลือก ถังจริง (Actual Tank Shell Height) จะต้องถูกแปลงให้เป็นความสูงของเปลือกถังที่แปลง (Transformed Tank Shell Height) ดังแสดงในรูปที่ 3.56 โดยการแปลงนี้ เปลือกถังที่แปลง จะมีความแข็งแรงที่สม่าเสมอทั่วทั้งความสูงของถัง ดังนั้น วงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ จะต้องถูกติดตั้งในตาแหน่งกึ่งกลางของแผ่นเปลือกถังที่แปลง รูปที่ 3.56 ความสูงของเปลือกถังจริงกับที่แปลง 64 ทาการคานวณหาระยะห่างของวงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบนกับ วงแหวนเสริมความ แข็งแรงทุติยภูมิจากสมการ (2-3) 𝑡 190 2 𝐷 𝑉 𝐻1 = 9.47𝑡√( )3 ( ) (2-3) โดยที่ 𝐻1 คือ ระยะห่างของวงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบนกับวงแหวนเสริมความแข็งแรง ทุติยภูมิ หน่วย เมตร 𝐷 คือ เส้นผ่านศูนย์กลางถัง หน่วย เมตร 𝑡 คือ ความหนาของผนังถังด้านบน หน่วย มิลลิเมตร 𝑉 คือ ความเร็วลมที่ใช้ออกแบบ หน่วย กิโลเมตรต่อชั่วโมง 12 190 2 26 190 𝐻1 = 9.47 × 12√( )3 ( ) ทาให้ได้ค่า 𝐻1 ออกมาเท่ากับ 35.632 เมตร ซึ่งความสูงที่ได้นั้นเกินความสูงจริงของถังทาให้ ไม่จาเป็นต้องติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงด้านบน จากนั้นทาการหาความสูงของเปลือกถัง ที่แปลงเพื่อตรวจสอบให้แน่ชัดว่าไม่จาเป็นต้องติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ ซึ่ง คานวณจากสมการ (2-4) 𝑊𝑡𝑟 = 𝑊√( 𝑡𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚 5 𝑡𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 ) โดยที่ 𝑊𝑡𝑟 คือ ความสูงของผนังที่แปลง หน่วย มิลลิเมตร 𝑊 คือ ความสูงของผนัง หน่วย มิลลิเมตร 𝑡𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚 คือ ความหนาผนังชั้นบน หน่วย มิลลิเมตร 𝑡𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 คือ ความหนาของผนังที่ออกแบบจากการคานวณ หน่วย มิลลิเมตร 65 (2-4) ตารางที่ 3.5 การแปลงความสูงของเปลือกถัง 𝑊𝑡𝑟 = 𝑊√( 𝑡𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚 5 ) 𝑡𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 ชั้น ความสูงจริง(เมตร) 1 2.438 1.2 − 0.16 5 𝑊𝑡𝑟 = 2.438√( ) = 1.009 1.64 − 0.16 2 2.438 1.2 − 0.16 5 𝑊𝑡𝑟 = 2.438√( ) = 1.423 1.45 − 0.16 3 2.438 1.2 − 0.16 5 𝑊𝑡𝑟 = 2.438√( ) = 2.168 1.25 − 0.16 4 2.438 1.2 − 0.16 5 𝑊𝑡𝑟 = 2.438√( ) = 3.499 1.06 − 0.16 5 2.438 1.2 − 0.16 5 𝑊𝑡𝑟 = 2.438√( ) = 6.331 0.87 − 0.16 6 2.438 1.2 − 0.16 5 𝑊𝑡𝑟 = 2.438√( ) = 14.477 0.67 − 0.16 7 2.438 1.2 − 0.16 5 𝑊𝑡𝑟 = 2.438√( ) = 16.846 0.64 − 0.16 8 1.234 1.2 − 0.16 5 𝑊𝑡𝑟 = 1.234√( ) = 8.526 0.64 − 0.16 9 0.3 𝑊𝑡𝑟 = 0.3√( 1.2 − 0.16 5 ) = 0.3 1.2 − 0.16 51.08 เมตร 𝑊𝑡𝑟−𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∑ 𝑊𝑡𝑟 เมื่อได้ค่า 𝑊𝑡𝑟−𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ออกมาเท่ากับ 51.08 เมตร ซึ่งเป็นค่าที่มากกว่าความสูงถังจริง จึงเป็น เหตุผลที่ว่าถังอุตสาหกรรมนี้ไม่สามารถออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงตามมาตรฐาน API 650 ได้ 66 3.5.10 แปลงชนิดเอลิเมนต์ของคาน ในขั้นตอนนี้จะทาการแปลงชนิดเอลิเมนต์ของคานจากเอลิเมนต์แบบก้อนเป็นเอลิเมนต์แบบคาน เพื่อลดความซับซ้อนในการคานวณ และทาการตรวจเช็คค่าความผิดพลาดของค่าการเสียรูปของเอลิเมนต์ แต่ละชนิดว่ามีค่าแตกต่างกันในระดับที่ยอมรับได้หรือไม่ เพื่อเป็นการตรวจสอบว่าเอลิเมนต์ทั้ง 2 ชนิด สามารถใช้ในการจาลองแทนกันได้ 3.5.10.1 ตรวจสอบค่าการเสียรูปของเอลิเมนต์แบบก้อน ทาการสร้างแบบจาลองบริเวณหลังคากับคาน โดยให้ชนิดเอลิเมนต์ของคานเป็นเอลิเมนต์แบบก้อน และใส่ความดันกดลงบริเวณแผ่นหลังคาทั่วทั้งแผ่น เพื่อสังเกตค่าการเสียรูปที่เกิดขึ้น ซึ่งตาแหน่งการเสีย รูปเกิดขึ้นบริเวณปลายของหลังคาและค่าการเสียรูปที่เกิดขึ้นมีค่าเท่ากับ 4.6761 มิลลิเมตร ดังที่แสดงใน รูปที่ 3.57 รูปที่ 3.57 ผลลัพธ์การจาลองของเอลิเมนต์แบบก้อน 3.5.10.2 ตรวจสอบค่าการเสียรูปของเอลิเมนต์แบบคาน (Beam Element) ทาการสร้างแบบจาลองบริเวณหลังคากับคาน โดยให้ชนิดเอลิเมนต์ของคานเป็นเอลิเมนต์แบบคาน และใส่ความดันกดลงบริเวณแผ่นหลังคาทั่วทั้งแผ่น เพื่อสังเกตค่าการเสียรูปที่เกิดขึ้น ซึ่งตาแหน่งการเสีย รูปเกิดขึ้นบริเวณปลายของหลังคาและค่าการเสียรูปที่เกิดขึ้นมีค่าเท่ากับ 4.6259 มิลลิเมตร ดังที่แสดงใน รูปที่ 3.58 67 รูปที่ 3.58 ผลลัพธ์การจาลองของเอลิเมนต์แบบคาน 3.5.10.3 ตรวจเช็คค่าความผิดพลาดของเอลิเมนต์ทั้ง 2 ชนิด จากนั้นทาการนาค่าการเสียรูปของเอลิเมนต์ ทั้ง 2 ชนิด มาคานวณหาค่าความผิดพลาดว่าอยู่ใน ระดับที่ยอมรับได้หรือไม่ ซึ่งควรมีค่าความผิดพลาดไม่เกิน 5 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งจากที่เราได้ไปทาการคานวณ ออกมาได้ค่าความผิดพลาดอยู่ที่ 1.1 เปอร์เซ็นต์ จึงสามารถสรุปได้ว่าสามารถใช้ เอลิเมนต์แบบคานแทน เอลิเมนต์แบบก้อนได้ 3.5.11 นาแบบจาลองถังอุตสาหกรรมใส่ภาระโหลดและทาการวิเคราะห์ หลังจากที่ทาการตรวจเช็คและพิสูจน์แล้วว่าการจาลองผ่านซอฟต์แวร์ไฟไนต์เอลิเมนต์มีค่าถูกต้อง ใกล้เคียงกับค่าที่ได้จากผลคานวณทางทฤษฎี จากนั้นจะทาการสร้างถังจากขนาดจริงพร้อมทั้งใส่ ภาระ โหลดต่างๆที่เข้ามากระทากับตัวถังและทาการกาหนดเงื่อนไขขอบเขตตามความเป็นจริง เพื่อทาการ จาลองการเสียรูปในกรณีที่ถังไม่มีการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง พร้อมทั้งเก็บค่าไว้เพื่อเตรียมนาไป เปรียบเทียบกับการจาลองการเสียรูปของถังกรณีติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง 3.5.11.1 ใส่ภาระโหลดความดันที่เกิดจากแรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบในช่วงที่ถังมีการ ซ่อมบารุง ในส่วนนี้จะเป็น การนาภาระโหลดความดัน ที่เกิดจากความเร็ว แรงลมไทยที่ เกาหลี ใต้นาไปใช้ ออกแบบ ใส่เข้าไปเพื่อทาการวิเคราะห์การเสียรูปในแต่ละกรณีที่สนใจ ซึ่งจะมีขั้นตอนเป็นดังนี้ 1. ทาการเลือกโหมดการวิเคราะห์เป็นแบบ Static Structural 68 รูปที่ 3.59 โหมดการวิเคราะห์เป็นแบบ Static Structural 2. ในการจาลองนั้นต้องมีข้อมูลของวัสดุที่นามาทาถัง อุตสาหกรรม โดยผนังถังและหลังคานั้นใช้ วัสดุเป็น เหล็ก A283-C ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุเป็นไปดังรูปที่ 3.60 ส่วนเสาและคานใช้วัสดุ เหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400 ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุเป็นไปดังรูปที่ 3.61 และในทั้ง 2 วัสดุได้ทาการใส่ข้อมูลของวัสดุในช่วงการเสียรูปแบบพลาสติกดังแสดงในรูปที่ 3.62 และรูปที่ 3.63 ตามลาดับ รูปที่ 3.60 คุณสมบัติของวัสดุเหล็ก A283-C รูปที่ 3.61 คุณสมบัติของวัสดุเหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400 69 รูปที่ 3.62 ข้อมูลของวัสดุในช่วงการเสียรูปแบบพลาสติกของเหล็ก A283-C รูปที่ 3.63 ข้อมูลของวัสดุในช่วงการเสียรูปแบบพลาสติกของเหล็ก SS400 3. ทาการนาเข้าโมเดลที่สร้างไว้จากซอฟต์แวร์ SOLIDWORKS ในส่วนการกาหนดชนิดของเอลิ เมนต์ที่จะใช้ในการทาแบบจาลองโดยใช้ฟังก์ชั่น Midsurface ในหัวข้อ Prepare เพื่อเปลี่ยน จากผนังถังและหลังคาถังที่ถูกสร้างขึ้นมาจากเอลิเมนต์แบบก้อนให้กลายเป็นเอลิเมนต์แบบ เปลือกเพื่อสร้างแบบจาลองถังอุตสาหกรรมแบบบาง รูปที่ 3.64 เอลิเมนต์แบบเปลือกของผนังถังและหลังคาถัง 70 4. หลังจากที่ทาการใส่วัสดุที่ต้องการลงไปใน Engineering Data เรียบร้อยแล้ว ต่อมาจะทาการ เปลี่ยนวัสดุจาก Structural Steel ให้เป็น A283-C สาหรับผนังถังและหลังคา และ วัสดุเหล็ก แผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400 สาหรับคานและเสาในหัวข้อ Geometry รูปที่ 3.65 หน้าต่างเปลี่ยนวัสดุ 5. ทาการเชื่อมชิ้นส่วนของถังเข้าด้วยกันโดยใช้ ฟังก์ชั่น Contacts โดยในขั้นตอนนี้ต้องทาการ ตรวจสอบในละส่วนว่าเชื่อมเข้าด้วยกันอย่างถูกต้องเพื่อไม่ให้เกิดความผิดพลาดของผลการ ทดลอง รูปที่ 3.66 ทาการเชื่อมชิ้นส่วนของถังเข้าด้วย 6. ทาการกาหนดเมชของแต่ละส่วน โดยจะแบ่ง เป็นส่วนผนังกับหลังคาจะใช้วิธีการ Multizone Quad/Tri และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.2 เมตร ส่วนคานรับหลังคาจะใช้วิธีการ Automatic 71 และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.05 เมตร และเสาทั้งหมด 9 ต้น จะใช้วิธีการ Automatic เช่นกัน และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.1 เมตร รูปที่ 3.67 การกาหนดเมชของถัง 7. ทาการใส่ความดันของลม 310 ปาสคาล ที่กระทากับผนังถังในมุม 80 องศา ในแนวรัศมีของถัง รวมทั้งใส่ความดันที่ยกตัวหลังคาขึ้น 510 ปาสคาล ใส่แรงโน้มถ่วงของโลกเพื่อเป็นการให้เกิด น้า หนั ก ของหลั ง คากระทากั บผนัง ถั ง และทาการใส่ เ งื่ อ นไขขอบเขตแบบยึ ด ติ ด (Fixed Support) ที่ขอบด้านบน ขอบด้านล่าง และบริเวณเสาทั้ง 9 ต้น ที่ยึดกับพื้น รูปที่ 3.68 เงื่อนไขขอบเขตของถังที่มีแรงลมไทยทีเ่ กาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบ 8. ทาการจาลองและดูผลการจาลองในส่วนของการเสียรูปของถัง 9. ทาการจาลองแบบ Eigenvalue Buckling เพื่อดูการเสียรูปของถัง 72 10. วิเคราะห์ค่าการเสียรูปของทั้ง 2 การคานวณ 3.5.11.2 ใส่ภาระโหลดความดันที่เกิดจากแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 ในช่วงที่ถังมีการ ซ่อมบารุง ในส่วนนี้จะเป็นการนาภาระโหลดความดันที่เกิดจากแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 ใส่ เข้าไปเพื่อทาการวิเคราะห์การเสียรูปในแต่ละกรณีที่สนใจ ซึ่งจะมีขั้นตอนเป็นดังนี้ โดยในขั้นตอนที่ 1-6 จะทาเหมือนกันกับหัวข้อ 3.5.11.1 1. ทาการเลือกโหมดการวิเคราะห์เป็นแบบ Static Structural 2. ในการจาลองนั้นต้องมีข้อมูลของวัสดุที่นามาทาถัง อุตสาหกรรม โดยผนังถังและหลังคานั้นใช้ วัสดุเป็น เหล็ก A283-C ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุเป็นไปดังรูปที่ 3.59 ส่วนเสาและคานใช้วัสดุ เหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400 ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุเป็นไปดังรูปที่ 3.60 และในทั้ง 2 วัสดุได้ทาการใส่ข้อมูลของวัสดุในช่วงการเสียรูปแบบพลาสติกดังแสดงในรูปที่ 3.61 และรูปที่ 3.62 ตามลาดับ 3. ทาการนาเข้าโมเดลที่สร้างไว้จากซอฟต์แวร์ SOLIDWORKS ในส่วนการกาหนดชนิดของเอลิ เมนต์ที่จะใช้ในการทาแบบจาลองโดยใช้ฟังก์ชั่น Midsurface ในหัวข้อ Prepare เพื่อเปลี่ยน จากผนังถังและหลังคาถังที่ถูกสร้างขึ้นมาจากเอลิเมนต์แบบก้อนให้กลายเป็นเอลิเมนต์แบบ เปลือกเพื่อสร้างแบบจาลองถังอุตสาหกรรมแบบบาง 4. หลังจากที่ทาการใส่วัสดุที่ต้องการลงไปใน Engineering Data เรียบร้อยแล้ว ต่อมาจะทาการ เปลี่ยนวัสดุจาก Structural Steel ให้เป็น A283-C สาหรับผนังถังและหลังคา และ วัสดุเหล็ก แผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400 สาหรับคานและเสาในหัวข้อ Geometry 5. ทาการเชื่อมชิ้นส่วนของถังเข้าด้วยกันโดยใช้ฟังก์ชั่น Contacts โดยในขั้นตอนนี้ต้องทาการ ตรวจสอบในละส่วนว่าเชื่อมเข้าด้วยกันอย่างถูกต้องเพื่อไม่ให้เกิดความผิดพลาดของผลการ ทดลอง 6. ทาการกาหนดเมชของแต่ละส่วน โดยจะแบ่งเป็นส่วนผนังกับหลังคาจะใช้วิธีการ Multizone Quad/Tri และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.2 เมตร ส่วนคานรับหลังคาจะใช้วิธีการ Automatic และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.05 เมตร และเสาทั้งหมด 9 ต้น จะใช้วิธีการ Automatic เช่นกัน และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.1 เมตร 7. ทาการใส่ความดันของลม 460 ปาสคาล ที่กระทากับผนังถังในมุม 80 องศา ในแนวรัศมีของถัง รวมทั้งใส่ความดันที่ยกตัวหลังคาขึ้น 770 ปาสคาล ใส่แรงโน้มถ่วงของโลกเพื่อเป็นการให้เกิด 73 น้าหนักของหลังคากระทากับผนังถัง และทาการใส่เงื่อนไขขอบเขตแบบยึดติด ที่ขอบด้านบน ขอบด้านล่าง และบริเวณเสาทั้ง 9 ต้น ที่ยึดกับพื้น รูปที่ 3.69 เงื่อนไขขอบเขตของถังที่มีแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 8. ทาการจาลองและดูผลการจาลองในส่วนของการเสียรูปของถัง 9. ทาการจาลองแบบ Eigenvalue Buckling เพื่อดูการเสียรูปของถัง 10. วิเคราะห์ค่าการเสียรูปของทั้ง 2 การจาลอง 3.5.12 นาแบบจาลองถังอุตสาหกรรมใส่วงแหวนเสริมความแข็งแรง หลังจากได้ทาการนาแบบจาลองถังอุตสาหกรรมที่ไม่ได้ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงมาทาการ วิเคราะห์การเสียรูป และได้ผลลัพธ์ออกมาเรียบร้อยแล้ว ในขั้นตอนต่อมาจะทาการติดตั้งวงแหวนเสริม ความแข็งแรงเพิ่มเข้าไปที่แบบจาลองถังอุตสาหกรรม เพื่อเตรียมทาการวิเคราะห์ การเสียรูป ของถัง อุตสาหกรรมในกรณีที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงเพื่อนามาเปรียบเทียบการเสียรูปต่อไป โดยขนาด และรูปแบบของวงแหวนเสริมความแข็งแรงจะเป็นไปตามมตารฐาน API 650 ดังที่คานวณไว้ในหัวข้อ 3.5.9.1 ซึ่งทางผู้ออกแบบจะทาการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 5 ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 6 ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 7 และขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 8 เพื่อ เปรียบเทียบว่าควรติดตั้งในตาแหน่ง ไหนของผนังถังมากที่สุด โดยในส่วนนี้ได้ทาการใช้ ภาระโหลดที่เกิด จากแรงลมไทยที่เกาหลีนาไปใช้ออกแบบในการจาลอง 74 รูปที่ 3.70 โมเดลถัง 945-TK8A/B ที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงทีผ่ นังชั้นที่ 5 รูปที่ 3.71 โมเดลถัง 945-TK8A/B ที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงทีผ่ นังชั้นที่ 6 รูปที่ 3.72 โมเดลถัง 945-TK8A/B ที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงทีผ่ นังชั้นที่ 7 75 รูปที่ 3.73 โมเดลถัง 945-TK8A/B ที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงทีผ่ นังชั้นที่ 8 3.5.13 นาแบบจาลองถังอุตสาหกรรมใส่ภาระโหลดและทาการวิเคราะห์ หลังจากทาการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงเพิ่มเข้าไปที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 6 ของ แบบจาลองถังอุตสาหกรรมแล้ว ต่อมาจะทาการใส่ภาระโหลดที่กระทากับตัวถังอุตสาหกรรมโดยภาระ โหลดที่ใส่เข้าไปนั้นจะใช้ภาระโหลดชนิดเดียวกันและทิศทางเดียวกันกับการวิเคราะห์ถังอุตสาหกรรมที่ ไม่ได้ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ออกมาในรูปแบบเดียวกัน เพื่อให้ง่ายต่อการนา ผลลัพธ์ของทั้ง 2 กรณี มาเปรียบเทียบกัน 3.5.13.1 ใส่ภาระโหลดความดันที่เกิดจากแรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบในช่วงที่ถังมีการ ซ่อมบารุง ในส่วนนี้จะเป็นการนาภาระโหลดความดันที่เกิดจากความเร็วแรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ ออกแบบ ใส่เข้าไปเพื่อทาการวิเคราะห์การเสียรูปในแต่ละกรณีที่สนใจ ซึ่งจะมีขั้นตอนเป็นดังนี้ 1. ทาการเลือกโหมดการวิเคราะห์เป็นแบบ Static Structural 2. ในการจาลองนั้นต้องมีข้อมูลของวัสดุที่นามาทาถัง อุตสาหกรรม โดยผนังถังและหลังคานั้นใช้ วัสดุเป็น เหล็ก A283-C ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุเป็นไปดังรูปที่ 3.59 ส่วนเสาและคานใช้วัสดุ เหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400 ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุเป็นไปดังรูปที่ 3.60 และในทั้ง 2 วัสดุได้ทาการใส่ข้อมูลของวัสดุในช่วงการเสียรูปแบบพลาสติกดังแสดงในรูปที่ 3.61 และรูปที่ 3.62 ตามลาดับ 3. ทาการนาเข้าโมเดลที่สร้างไว้จากซอฟต์แวร์ SOLIDWORKS ในส่วนการกาหนดชนิดของเอ ลิเมนต์ที่จะใช้ในการทาแบบจาลองโดยใช้ฟังก์ชั่น Midsurface ในหัวข้อ Prepare เพื่อเปลี่ยน 76 จากผนังถังและหลังคาถังที่ถูกสร้างขึ้นมาจากเอลิเมนต์แบบก้อนให้กลายเป็นเอลิเมนต์แบบ เปลือกเพื่อสร้างแบบจาลองถังอุตสาหกรรมแบบบาง 4. หลังจากที่ทาการใส่วัสดุที่ต้องการลงไปใน Engineering Data เรียบร้อยแล้ว ต่อมาจะทาการ เปลี่ยนวัสดุจาก Structural Steel ให้เป็น A283-C สาหรับผนังถังและหลังคา และ วัสดุเหล็ก แผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400 สาหรับคานและเสาในหัวข้อ Geometry 5. ทาการเชื่อมชิ้นส่วนของถังเข้าด้วยกันโดยใช้ฟังก์ชั่น Contacts โดยในขั้นตอนนี้ต้องทาการ ตรวจสอบในละส่วนว่าเชื่อมเข้าด้วยกันอย่างถูกต้องเพื่อไม่ให้เกิดความผิดพลาดของผลการ ทดลอง 6. ทาการกาหนดเมชของแต่ละส่วน โดยจะแบ่งเป็นส่วนผนังกับหลังคาจะใช้วิธีการ Multizone Quad/Tri และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.2 เมตร ส่วนคานรับหลังคาจะใช้วิธีการ Automatic และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.05 เมตร และเสาทั้งหมด 9 ต้น จะใช้วิธีการ Automatic เช่นกัน และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.1 เมตร 7. ทาการใส่ความดันของลม 310 ปาสคาล ที่กระทากับผนังถังในมุม 80 องศา ในแนวรัศมีของถัง รวมทั้งใส่ความดันที่ยกตัวหลังคาขึ้น 510 ปาสคาล ใส่ความดันภายนอกที่ใช้ออกแบบถัง 250 ปาสคาล ใส่แรงโน้มถ่วงของโลกเพื่อเป็นการให้เกิดน้าหนักของหลังคากระทากับผนังถัง และทา การใส่เงื่อนไขขอบเขตแบบยึดติด ที่ขอบด้านบน ขอบด้านล่าง และบริเวณเสาทั้ง 9 ต้น ที่ยึ ด กับพื้น รูปที่ 3.74 เงื่อนไขขอบเขตของถังที่มแี รงลมไทยทีเ่ กาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบ 8. ทาการจาลองและดูผลการจาลองในส่วนของการเสียรูปของถัง 77 9. ทาการจาลองแบบ Eigenvalue Buckling เพื่อดูการเสียรูปของถัง 10. วิเคราะห์ค่าการเสียรูปของทั้ง 2 การจาลอง 3.5.13.2 ใส่ภาระโหลดความดันที่เกิดจากแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 ในช่วงที่ถังมีการ ซ่อมบารุง ในส่วนนี้จะเป็นการนาภาระโหลดความดันที่เกิดจากแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 ใส่ เข้าไปเพื่อทาการวิเคราะห์การเสียรูปในแต่ละกรณีที่สนใจ ซึ่งจะมีขั้นตอนเป็นดังนี้ โดยในขั้นตอนที่ 1-6 จะทาเหมือนกันกับหัวข้อ 3.5.13.1 1. ทาการเลือกโหมดการวิเคราะห์เป็นแบบ Static Structural 2. ในการจาลองนั้นต้องมีข้อมูลของวัสดุที่นามาทาถัง อุตสาหกรรม โดยผนังถังและหลังคานั้นใช้ วัสดุเป็น เหล็ก A283-C ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุเป็นไปดังรูปที่ 3.59 ส่วนเสาและคานใช้วัสดุ เหล็กแผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400 ซึ่งคุณสมบัติของวัสดุเป็นไปดังรูปที่ 3.60 และในทั้ง 2 วัสดุได้ทาการใส่ข้อมูลของวัสดุในช่วงการเสียรูปแบบพลาสติกดังแสดงในรูปที่ 3.61 และรูปที่ 3.62 ตามลาดับ 3. ทาการนาเข้าโมเดลที่สร้างไว้จากซอฟต์แวร์ SOLIDWORKS ในส่วนการกาหนดชนิดของเอลิ เมนต์ที่จะใช้ในการทาแบบจาลองโดยใช้ฟังก์ชั่น Midsurface ในหัวข้อ Prepare เพื่อเปลี่ยน จากผนังถังและหลังคาถังที่ถูกสร้างขึ้นมาจากเอลิเมนต์แบบก้อนให้กลายเป็นเอลิเมนต์แบบ เปลือกเพื่อสร้างแบบจาลองถังอุตสาหกรรมแบบบาง 4. หลังจากที่ทาการใส่วัสดุที่ต้องการลงไปใน Engineering Data เรียบร้อยแล้ว ต่อมาจะทาการ เปลี่ยนวัสดุจาก Structural Steel ให้เป็น A283-C สาหรับผนังถังและหลังคา และ วัสดุเหล็ก แผ่นโครงสร้างหลังคาเกรด SS400 สาหรับคานและเสาในหัวข้อ Geometry 5. ทาการเชื่อมชิ้นส่วนของถังเข้าด้วยกันโดยใช้ฟังก์ชั่น Contacts โดยในขั้นตอนนี้ต้องทาการ ตรวจสอบในละส่วนว่าเชื่อมเข้าด้วยกันอย่างถูกต้องเพื่อไม่ให้เกิดความผิดพลาดของผลการ ทดลอง 6. ทาการกาหนดเมชของแต่ละส่วน โดยจะแบ่งเป็นส่วนผนังกับหลังคาจะใช้วิธีการ Multizone Quad/Tri และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.2 เมตร ส่วนคานรับหลังคาจะใช้วิธีการ Automatic และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.05 เมตร และเสาทั้งหมด 9 ต้น จะใช้วิธีการ Automatic เช่นกัน และใช้ขนาดเอลิเมนต์อยู่ที่ 0.1 เมตร 78 7. ทาการใส่ความดันของลม 460 ปาสคาล ที่กระทากับผนังถังในมุม 80 องศา ในแนวรัศมีของถัง รวมทั้งใส่ความดันที่ยกตัวหลังคาขึ้น 770 ปาสคาล ใส่ความดันภายนอกที่ใช้ออกแบบถัง 250 ปาสคาล ใส่แรงโน้มถ่วงของโลกเพื่อเป็นการให้เกิดน้าหนักของหลังคากระทากับผนังถัง และทา การใส่เงื่อนไขขอบเขตแบบยึดติด ที่ขอบด้านบน ขอบด้านล่าง และบริเวณเสาทั้ง 9 ต้น ที่ยึ ด กับพื้น รูปที่ 3.75 เงื่อนไขขอบเขตของถังที่มีแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 8. ทาการจาลองและดูผลการจาลองในส่วนของการเสียรูปของถัง 9. ทาการจาลองแบบ Eigenvalue Buckling เพื่อดูการเสียรูปของถัง 10. วิเคราะห์ค่าการเสียรูปของทั้ง 2 การจาลอง 3.5.14 เปรียบเทียบผลลัพธ์ ในขั้นตอนนี้เป็นการนาผลลัพธ์ การเสียรูปของถังอุตสาหกรรมมาวิเคราะห์ทั้ง 2 กรณี คือกรณีที่ แบบจาลองถังอุตสาหกรรมไม่ได้ มีการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง และกรณี ที่แบบจาลองถัง อุตสาหกรรมมีการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง มาเปรียบเทียบกันว่าหลังจากที่มีการติดตั้งวงแหวน เสริมความแข็งแรงเข้าไปแล้ว สามารถแก้ไขปัญหาในส่วนของการเสียรูปได้มากน้อยเพียงใด จากนั้นทา การสรุปผลและจัดทารายงาน 79 บทที่ 4 ผลการทดลอง 4.1 บทนา ในส่วนนี้จะเป็น การแสดงผลข้อมูลที่ได้จากกการจาลองการโก่งตัวเชิงเส้น ของถังขนาดเล็ก ใน เบื้องต้น แสดงผลการจาลองการเสียรูปของถังแบบที่ยังไม่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงกับถังแบบที่ ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้ผู้ออกแบบสามารถคิดค้นวิธีการแสดงผล ข้อมูล การวิเคราะห์ข้อมูลและเพื่อสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับความสาคัญของโครงงานได้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น 4.2 ผลการทดลอง 4.2.1 ผลการจาลองเพื่อหาจานวนลูกคลื่น หลังจากผ่านขั้นตอนในการเลือกชนิดและขนาดของเอลิเมนต์ในหัวข้อที่ 3.5.6 และการดาเนินการจาลอง ด้วยซอฟต์แวร์ ANSYS ในหัวข้อที่ 3.5.7.1 จะพบว่าเกิดลูกคลื่นจานวน 5 ลูก ดังรูปที่ 4.1 และรูปที่ 4.2 รูปที่ 4.1 จานวนลูกคลื่นในมุมมองไอโซเมตริก (Isometric View) รูปที่ 4.2 จานวนลูกคลื่นในมุมมองด้านล่าง 80 หลังจากได้จานวนลูกคลื่นจากการจาลองแล้วก็จะนาลูกคลื่นที่ได้ ค่ามอดูลัสของยังเท่ากับ 210 กิ กะปาสคาล รัศมีเปลือกทรงกระบอกเท่ากับ 100 มิลลิเมตร ความหนาทรงกระบอกเท่ากับ 0.1 มิลลิเมตร ความสูงทรงกระบอกเท่ากับ 900 มิลลิเมตร และอัตราส่วนปัวซงเท่ากับ 0.3 มาแทนลงในสมการ (2-10) จะได้ค่าความดันโก่งตัววิกฤตเท่ากับ 614462.947 พาสคาล หลังจากนั้นนาค่าความเค้นโก่งตัววิกฤต ค่า มอดูลัสของยังเท่ากับ 210 กิกะปาสคาล รัศมีเปลือกทรงกระบอกเท่ากับ 100 มิลลิเมตร และความหนา ทรงกระบอกเท่ากับ 0.1 มิล ลิเมตร แทนลงในสมการ (2-13) จะได้ ค่าความดันโก่งตัว วิก ฤตเท่า กั บ 614.463 พาสคาล จากนั้นนาค่าความดันโก่งตัววิกฤตที่ได้ ค่ามอดูลัสของยังเท่ากับ 210 กิกะปาสคาล รัศมีเปลือกทรงกระบอกเท่ากับ 100 มิลลิเมตร ความหนาทรงกระบอกเท่ากับ 0.1 มิลลิเมตร และความ สูงทรงกระบอกเท่ากับ 900 มิลลิเมตร มาแทนลงในสมการ (3-5) ก็จะได้ค่าในแนวแกน y ของแผนภาพดัง รูปที่ 4.50 เท่ากับ 0.925 มาเปรียบเทียบกับค่าทางทฤษฎี 4.2.1.1 เปรียบเทียบค่าจากผลการจาลองกับค่าทางทฤษฎี จากผลการจาลองค่าที่ได้ในแนวแกน y ของแผนภาพดังรูปที่ 4.50 เท่ากับ 0.925 และจากทาง ทฤษฎีมีค่าในแนวแกน y ของแผนภาพดังรูปที่ 4.50 เท่ากับ 0.92 เมื่อทาการเปรียบเทียบค่าจากผลการ จาลองกับค่าทางทฤษฎี จะพบว่ามีเปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดเท่ากับ 0.005 เปอร์เซ็นต์ 4.2.1.2 วิเคราะห์ผลการจาลอง สามารถวิเคราะห์ผลการจาลองได้ว่า เอลิเมนต์แบบสี่เหลี่ยมและขนาดของเอลิเมนต์ที่อยู่ในช่วงที่มี ความผิดพลาดของผลลัพธ์น้อยซึ่งมีขนาดเท่ากับ 6 มิลลิเมตร ที่ใช้ในการจาลองด้วยซอฟต์แวร์ ANSYS นั้นมีความถูกต้องมาก เนื่องจากมีเปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดระหว่างค่าจากผลการจาลองกับค่าทางทฤษฎี เพียง 0.005 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นในขั้นตอนต่อไปเราจะนาเอลิเมนต์ชนิดสี่เหลี่ยม และขนาดของเอลิเมนต์นี้ ไปใช้กับโมเดลทรงกระบอกขนาดจริง โดยใช้คอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการทดลอง 4.2.2 ผลการจาลองการเสียรูปของถังที่ยังไม่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงขณะซ่อมบารุง ในส่วนนี้จะเป็นผลการจาลองของถังอุตสาหกรรมที่ ถูกภาระโหลดที่เกิดจากแรงลมมากระทากับ บริเวณผนังถัง โดยในการจาลองเป็นการจาลองสถานการณ์ เมื่อมีการซ่อมบารุงถังอุตสาหกรรม ซึ่งจะมี ภาระโหลดลมและความดันที่ใช้ออกแบบถัง สาหรับการจาลองนี้จะทาการแบ่งการวิเคราะห์ เป็น 2 แบบ คือ แรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบ และแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 81 4.2.2.1 การเสียรูปเมื่อรับแรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบ สาหรับแรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบมีขนาด 112 กิโลเมตรต่อชั่วโมงที่กระทากับผนังถัง เมื่อทาการแปลงให้เป็นความดันแล้วจะมีค่าอยู่ที่ 310 ปาสคาล ในการจาลองได้ทาการแยกการวิเคราะห์ เป็น 2 วิธีการวิเคราะห์ คือ 1.Static และ 2.Eigenvalue Buckling ซึ่งแบบที่ 1 จะเป็นการวิเคราะห์ แบบธรรมดาซึ่งผลที่ได้ออกมาพบว่า มีการยุบตัวเกิดขึ้นเพียงแค่ 1.79 มิลลิเมตร แสดงดังในรูปที่ 4.3 ถ้า เป็นความจริงคือแทบไม่มีการยุบตัวเลย ซึ่งไม่ใช่พฤติกรรมของเอลิเมนต์แบบเปลือก อันเป็นเหตุผลว่าถัง อุตสาหกรรมนี้ไม่มีการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง จากนั้นทางผู้ทดลองได้ทาการวิเคราะห์เพิ่มเติม สาหรับแบบที่ 2 ซึ่งจะเป็นการวิเคราะห์ที่สมจริงและใกล้เคียงกับสถานการณ์จริงมากที่สุด โดยผลลัพธ์ การยุบตัวที่ได้ออกมานั้นคือ 57.2 เซนติเมตร แสดงดังในรูปที่ 4.4 ซึ่งถือว่าแตกต่างกับแบบที่ 1 เป็น อย่างมาก แต่พบว่าในการจาลองทั้ง 2 แบบ แม้ค่าจะแตกต่างกันแต่จะสังเกตได้ว่าบริเวณที่มีการยุบตัวจะ เป็นบริเวณชั้นที่ 6 รูปที่ 4.3 การเสียรูปของถังอุตสาหกรรมที่ใช้การวิเคราะห์แบบ Static รูปที่ 4.4 การเสียรูปของถังอุตสาหกรรมที่ใช้การวิเคราะห์แบบ Eigenvalue Buckling 82 รูปที่ 4.5 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถัง รูปที่ 4.6 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถัง 4.2.2.2 การเสียรูปเมื่อรับแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 สาหรับแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 มีขนาด 137 กิโลเมตรต่อชั่วโมงที่กระทากับผนัง ถังเมื่อทาการแปลงให้เป็นความดันแล้วจะมีค่าอยู่ที่ 460 ปาสคาล ในการจาลองได้ทาการแยกการ วิเคราะห์เป็น 2 วิธีการวิเคราะห์ คือ 1. Static และ 2. Eigenvalue Buckling ซึ่งแบบที่ 1 จะเป็นการ วิเคราะห์แบบธรรมดาซึ่งผลที่ได้ออกมาพบว่ามีการยุบตัวเกิดขึ้นเพียงแค่ 2.67 มิลลิเมตร แสดงดังในรูปที่ 4.7 ถ้าเป็นความจริงคือแทบไม่มีการยุบตัวเลยเช่นเดียวกับแรงลมกระโชกของเกาหลี จากนั้นทางผู้ 83 ทดลองได้ทาการวิเคราะห์เพิ่มเติมสาหรับแบบที่ 2 ซึ่งจะเป็นการวิเคราะห์ที่สมจริงและใกล้เคียงกับ สถานการณ์จริงมากที่สุด โดยผลลัพธ์การยุบตัวที่ได้ออกมานั้นคือ 57.65 เซนติเมตร แสดงดังในรูปที่ 4.8 ซึ่งถือว่าแตกต่างกับแบบที่ 1 เป็นอย่างมาก แต่พบว่าในการจาลองทั้ง 2 แบบ แม้ค่าจะแตกต่างกันแต่จะ สังเกตได้ว่าบริเวณที่มีการยุบตัวจะเป็นบริเวณชั้นที่ 6 เช่นเดียวกับการจาลองของเกาหลี ซึ่งทาให้ทางผู้ ทดลองต้องทาการวิเคราะห์เพื่อติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงต่อไป รูปที่ 4.7 การเสียรูปของถังอุตสาหกรรมที่ใช้การวิเคราะห์แบบ Static รูปที่ 4.8 การเสียรูปของถังอุตสาหกรรมที่ใช้การวิเคราะห์แบบ Eigenvalue Buckling 84 รูปที่ 4.9 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถัง รูปที่ 4.10 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถัง 4.2.3 ผลการยุบตัวของถังอุตสาหกรรม ในส่วนนี้จะเป็นผลการยุบตัว ของถังอุตสาหกรรมที่ทาง บริษัท พีทีที โกลบอล เคมิคอล จากัด (มหาชน) ส่งผลมาให้เพื่อเป็นการเปรียบเทียบกับการจาลอง ดังแสดงในรูปที่ 4.11 85 รูปที่ 4.11 ผลการยุบตัวของถังอุตสาหกรรม 4.2.4 ผลการจาลองการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงในแต่ละตาแหน่ง ในส่วนนี้จะเป็นการแสดงผลการจาลองการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงในแต่ละตาแหน่ง ว่า ผลการจาลองแบบไหนช่วยให้ค่าการยุบตัวเกิดขึ้นน้อยที่สุด 1.ติดที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 5 ให้ค่า การยุบตัวอยู่ที่ 48.53 ดังแสดงในรูปที่ 4.12 2.ติดที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 6 ให้ค่าการยุบตัวอยู่ที่ 39.26 ดังแสดงในรูปที่ 4.13 3.ติดที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 7 ให้ค่าการยุบตัวอยู่ที่ 60.37 ดังแสดง ในรูปที่ 4.14 และ 4.ติดที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 8 ให้ค่าการยุบตัวอยู่ที่ 57.46 ดังแสดงในรูปที่ 4.15 รูปที่ 4.12 ติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 5 86 รูปที่ 4.13 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถังเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 5 รูปที่ 4.14 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถังเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 5 รูปที่ 4.15 วงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 6 87 รูปที่ 4.16 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถังเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 6 รูปที่ 4.17 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถังเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 6 88 รูปที่ 4.18 วงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 7 รูปที่ 4.19 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถังเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 7 รูปที่ 4.20 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถังเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 7 89 รูปที่ 4.21 วงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 8 รูปที่ 4.22 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบนกับผนังชั้นที่ 8 รูปที่ 4.23 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถังเมื่อติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ขอบผนังด้านบน กับผนังชั้นที่ 8 90 4.2.5 ผลการจาลองการเสียรูปของถังทีต่ิดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงขณะซ่อมบารุง ในส่วนนี้จะเป็นผลการจาลองของถัง ที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ถูกภาระโหลดที่เกิดจาก แรงลมมากระทากับบริเวณผนังถัง โดยในการจาลองเป็นการจาลองสถานการณ์ เมื่อมีการซ่อมบารุงถัง อุตสาหกรรม ซึ่งจะมีภาระโหลดลมและความดันที่ใช้ออกแบบถังที่มากระทากับตัวถัง สาหรับการจาลองนี้ จะทาการแบ่งการวิเคราะห์เป็น 2 แบบ คือ แรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบ และแรงลมไทยที่ แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 4.2.5.1 การเสียรูปเมื่อรับแรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบ หลังจากที่ทาการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงเข้าไปที่ ชั้นที่ 9 และชั้นที่ 6 ซึ่งเป็นชั้นที่มีการ ยุบตัวเกิดขึ้นมากที่สุด ซึ่งภาระโหลดที่ใส่จะเป็น แรงลมไทยที่เกาหลีใต้นาไปใช้ออกแบบมีขนาด 112 กิโลเมตรต่อชั่วโมงที่กระทากับผนังถัง เมื่อทาการแปลงให้เป็นความดันแล้วจะมีค่าอยู่ที่ 310 ปาสคาล ใน การจาลองได้ทาการแยกการวิเคราะห์เป็น 2 วิธีการวิเคราะห์ คือ 1.Static และ 2.Eigenvalue Buckling ซึ่งแบบที่ 1 จะเป็นการวิเคราะห์แบบธรรมดาซึ่งผลที่ได้ออกมาพบว่ามีการยุบตัวเกิดขึ้นเพียงแค่ 3.3 มิลลิเมตร แสดงดังในรูปที่ 4.24 จากนั้นทางผู้ทดลองได้ทาการวิเคราะห์เพิ่มเติมสาหรับแบบที่ 2 โดย ผลลัพธ์การยุบตัวที่ได้ออกมานั้นคือ 39.12 เซนติเมตร แสดงดังในรูปที่ 4.25 พบว่าเมื่อทาการติดตั้งวง แหวนเสริมความแข็งแรงเข้าไปในโมเดลทาให้ค่าการยุบตัวของผนังถังลดลง และจะสังเกตได้ว่าบริเวณชั้น ที่มีการยุบตัวมีการขยับขึ้นไปเกิดที่บริเวณชั้นที่ 7 อันเนื่องมาจากมีการเปลี่ยนแปลงของเงื่อนไขขอบเขต ซึ่งในตอนแรกก่อนติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงขอบเขตที่ยึดจะเป็นขอบด้านบนกับขอบด้านล่าง แต่ เมื่อติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงขอบเขตที่ยึ ดจะเปลี่ยนเป็นขอบด้านบนกับวงแหวนเสริมความ แข็งแรงทุติยภูมิ รูปที่ 4.24 การเสียรูปของถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงโดยใช้การวิเคราะห์แบบ Static 91 รูปที่ 4.25 การเสียรูปของถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงโดยใช้การวิเคราะห์แบบ Eigenvalue Buckling รูปที่ 4.26 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถัง รูปที่ 4.27 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถัง 92 4.2.5.2 การเสียรูปเมื่อรับแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 หลังจากที่ทาการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงเข้าไปที่ชั้นที่ 9 และชั้นที่ 6 ซึ่งเป็นชั้นที่มีการ ยุบตัวเกิดขึ้นมากที่สุด ซึ่ง ภาระโหลดที่ใส่เป็นแรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7 มีขนาด 137 กิโลเมตรต่อชั่วโมงที่กระทากับผนังถังเมื่อทาการแปลงให้เป็นความดันแล้วจะมีค่าอยู่ที่ 460 ปาสคาล ใน การจาลองได้ทาการแยกการวิเคราะห์เป็น 2 วิธีการวิเคราะห์ คือ 1.Static และ 2.Eigenvalue Buckling เช่นเดียวกัน ซึ่งแบบที่ 1 จะเป็นการวิเคราะห์แบบธรรมดาซึ่งผลที่ได้ออกมาพบว่ามีการยุบตัวเกิดขึ้น เพียงแค่ 2.19 มิลลิเมตร ซึ่งแสดงดังในรูปที่ 4.28 จากนั้นทางผู้ทดลองได้ทาการวิเคราะห์เพิ่มเติมสาหรับ แบบที่ 2 โดยผลลัพธ์การยุบตัวที่ได้ออกมานั้นคือ 39.91 เซนติเมตร แสดงดังในรูปที่ 4.29 พบว่าเมื่อทา การติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงเข้าไปในโมเดลทาให้ค่าการยุบตัวของผนังถังลดลง และจะสังเกตได้ ว่าบริเวณชั้นที่มีการยุบตัวมีการขยับขึ้นไปเกิดที่บริเวณชั้นที่ 7 อันเนื่องมาจากมีการเปลี่ยนแปลงของ เงื่อนไขขอบเขต ซึ่งในตอนแรกก่อนติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงขอบเขตที่ยึดจะเป็นขอบด้านบนกับ ขอบด้านล่าง แต่เมื่อติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงขอบเขตที่ยึดจะเปลี่ยนเป็นขอบด้านบนกับวงแหวน เสริมความแข็งแรงทุติยภูมิ รูปที่ 4.28 การเสียรูปของถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงโดยใช้การวิเคราะห์แบบ Static รูปที่ 4.29 การเสียรูปของถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงโดยใช้การวิเคราะห์แบบ Eigenvalue Buckling 93 รูปที่ 4.30 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนของผนังถัง รูปที่ 4.31 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างของผนังถัง 94 บทที่ 5 สรุปผลการดาเนินงานและข้อเสนอแนะ 5.1 บทนา จากวัตถุประสงค์ของวิทยานิพนธ์คือ โครงงานนี้จะมุ่งเน้นไปที่การออกแบบวงแหวนเสริมความ แข็งแรงสาหรับ ถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ให้สามารถทนรับแรงที่มากระทากับตัวถังทั้งภายในและ ภายนอกให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับการที่ไม่ได้ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง ทาง คณะผู้จัดทาจึงได้ทาการทดลองและได้ผลการจาลองออกมาตามบทที่ 4 และนามาเปรียบเทียบกับ ผลลัพธ์ โดยมีผลลัพธ์ดังต่อไปนี้ 5.2 สรุปผลการดาเนินงาน 5.2.1 ประเมินผลลัพธ์การยุบตัวของถังจาลองอย่างง่ายกับสูตรทางทฤษฎีในเบื้องต้น จากการศึกษาการยุบตัวของถังจาลองอย่างง่าย โดยเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้จากการจาลองเชิง ตัวเลขกับการคานวณทางทฤษฎี พบว่าทั้งสองวิธีให้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องกันอย่างชัดเจน โดยจานวนลูก คลื่นของการยุบตัวที่เกิดขึ้นมีค่าเท่ากับ 5 ลูกคลื่นทั้งคู่ ความสอดคล้องนี้แสดงให้เห็นว่าแบบจาลองที่ใช้ใน การจาลองสามารถอธิบายพฤติกรรมการยุบตัวได้อย่างถูกต้องตามหลักทฤษฎี ซึ่งเป็นการยืนยันความ น่าเชื่อถื อ ของวิธี การจาลองที่ ใช้ และสามารถนาไปประยุ กต์ใ ช้ ในการวิเ คราะห์ การยุบ ตัว ของถั ง อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ได้อย่างมั่นใจยิ่งขึ้น 5.2.2 เปรียบเทียบผลลัพธ์การยุบตัวระหว่างถังจากแบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์กับถังที่เกิดการยุบตัว ขณะดาเนินการซ่อมบารุง เมื่อเปรียบเทียบผลลัพธ์จากการวิเคราะห์ด้วยแบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์กับผลการยุบตัวที่เกิดขึ้น จริงระหว่างการซ่อมบารุง พบว่าผลจากแบบจาลองสามารถคาดการณ์พฤติกรรมการยุบตัวของถังได้ ใกล้เคียงกับที่เกิดขึ้นจริง เนื่องจากผลการจาลองแบบที่ยังไม่มีการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงให้ค่า การยุบตัวอยู่ที่ 57.6 เซนติเมตรและเกิดการยุบตัวที่บริเวณผนังถังชั้นที่ 6 ส่วนการยุบตัวของถังจริงอยู่ที่ ประมาน 45 เซนติเมตรและเกิดขึ้นที่บริเวณชั้นที่ 6 ของผนังถังเช่นเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ความคลาด เคลื่อนที่เกิดขึ้นอาจมาจากความไม่สมบูรณ์ของข้อมูล ที่นาเข้าในแบบจาลอง เช่น การกระจายตัวของ ความดันที่ไม่สม่าเสมอ หรือการขาดรายละเอียดของโครงสร้างที่ซับซ้อน ซึ่งการปรับปรุงความแม่นยาของ แบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์จะช่วยให้การวิเคราะห์และการออกแบบวงแหวนเสริมความแข็ง แรงมี ประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น 95 5.2.3 การออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงที่เหมาะสมเพื่อลดการยุบตัวของถัง ตารางที่ 5.1 เปรียบเทียบค่าการยุบตัวของแต่ละตาแหน่งการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง ตาแหน่งการติดดั้งวงแหวนเสริม ความแข็งแรง ชั้น 9 กับ ชั้น 5 ชั้น 9 กับ ชั้น 6 ชั้น 9 กับ ชั้น 7 ชั้น 9 กับ ชั้น 8 ค่าการยุบตัวของผนังถัง (เซนติเมตร) 48.53 39.26 60.37 57.46 จากการศึกษาและออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงเพื่อป้องกันและลดการยุบตัว ของถัง อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ได้รับ แรงลมที่มากระทากับผนังถัง ดังแสดงในตารางที่ 5.1 พบว่าควรทาการ ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงจานวนทั้งหมด 2 จุด คือทาการการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงใน ตาแหน่งทีข่ อบผนังถังด้านบนกับผนังถังชั้นที่ 6 ซึง่ ช่วยเพิ่มความสามารถในการรับภาระของโครงสร้างถัง ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จากผลการจาลองแสดงให้เห็นว่า วงแหวนเสริมความแข็งแรงที่ได้รับการออกแบบ มาอย่างเหมาะสมสามารถลดการยุบตัวและการเสียรูปของถังได้อย่างชัดเจน ทั้งนี้ การออกแบบวงแหวน เสริมความแข็งแรงที่มีประสิทธิภาพจะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่น ความหนาของถัง ขนาดของถัง รูปแบบ การกระจายตัวของความดัน และวัสดุที่ใช้ ซึ่งในออกแบบเพื่อ การจาลอง ทางผู้ออกแบบได้ทาการ ออกแบบตามมาตรฐาน API 650 ซึ่งเป็นมาตรฐานในการออกแบบถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ดังนั้น การ วิเคราะห์อย่างละเอีย ดและการปรับ ปรุงการออกแบบอย่างต่ อเนื่อ งจึงเป็นสิ่งสาคัญในการพั ฒ นา ประสิทธิภาพของถังอุตสาหกรรมให้มีความปลอดภัยและคงทนมากยิ่งขึ้น รูปที่ 5.1 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนเปรียบเทียบตาแหน่งการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง 96 รูปที่ 5.2 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างเปรียบเทียบตาแหน่งการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรง 5.2.4 การเปรียบเทียบผลลัพธ์การยุบตัวระหว่างถังที่ไม่ติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงและถังที่ติดวง แหวนเสริมความแข็งแรง จากการศึกษาและเปรียบเทียบผลลัพธ์ของการยุบตัวของถังอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ได้รับภาระ โหลดที่เกิดจากแรงลมรวมกับความดันนอก ระหว่างถังที่ไม่ตดิ ตัง้ วงแหวนเสริมความแข็งแรงกับถังที่ติดตั้ง วงแหวนเสริมความแข็งแรง พบว่าการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงสามารถช่วยลดการยุบตัวและเพิ่ม ความสามารถในการรับภาระของโครงสร้างถังได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยในการจาลองสามารถสรุปผล การเปรียบเทียบได้ดังนี้ ตารางที่ 5.2 เปรียบเทียบค่าการยุบตัว ของถังที่ไม่ติดวงแหวนเสริมความแข็งแรงและถังที่ติดวงแหวน เสริมความแข็งแรง กรณีศึกษา 1.การวิเคราะห์แรงลมไทยที่เกาหลีใต้นามาใช้ ออกแบบ 2.การวิเคราะห์แรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7-02 3.การวิเคราะห์แรงลมไทยที่เกาหลีใต้นามาใช้ ออกแบบ + ความดันภายนอก 4.การวิเคราะห์แรงลมไทยที่แปลงตามมาตรฐาน ASCE7-02 + ความดันภายนอก 97 ค่าการยุบตัว (เซนติเมตร) ก่อนติดตั้ง ค่าการยุบตัว (เซนติเมตร) หลังติดตั้ง %ที่ลดลง 56.91 38.62 32.14% 57.2 38.77 32.22% 57.2 39.26 31.36% 57.65 39.2 32% ถังที่ไม่มีวงแหวนเสริมความแข็งแรงแสดงให้เห็นถึงการยุบตัวที่เกิดขึ้นอย่างมากเมื่อได้รับภาระ โหลดที่เกิดจากลม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณกึ่งกลางของถังซึ่งเป็นส่วนที่มีโครงสร้างอ่อนตัวที่สุด นอกจากนี้ ยังพบว่าการกระจายตัวของความดันที่ไม่สม่าเสมอหรือการเกิดข้อบกพร่องในโครงสร้างของถัง จะยิ่งทาให้เกิดการยุบตัวและการเสียรูปอย่างรุนแรงมากยิ่งขึ้น ซึ่งในกรณีที่รุนแรงอาจนาไปสู่การเสียรูป ถาวร ในทางกลับกัน ถังที่ติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงสามารถช่วยให้ถังลดการยุบตัวและเพิ่มความ แข็งแรงให้กับโครงสร้างถังอย่างชัดเจน ทาให้เมื่อติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงแล้วผลปรากฎว่า สามารถลดค่าการยุบตัวของผนังถังได้ประมาณ 32% ในทุกกรณีที่มีการวิเคราะห์ จากกรณีไม่มีการติดตั้ง วงแหวนเสริมความแข็งแรง ดังแสดงในตารางที่ 5.2 และรูปที่ 5.1 วงแหวนที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสม ช่วยกระจายภาระความดันได้ดี ยิ่งขึ้น ส่งผลให้โครงสร้างถังสามารถรองรับภาระที่สูงขึ้นได้โดยไม่เกิดการ ยุบตัวในระดับที่เป็นอันตราย นอกจากนี้ ยังพบว่าการติดตั้งวงแหวนที่ตาแหน่งที่เหมาะสมและมีการ คานวณเชิงโครงสร้างที่ถูกต้องสามารถช่วยเพิ่มความปลอดภัยในการใช้งานของถังอุตสาหกรรมได้ แต่มีสิ่ง หนึ่งที่พบคือการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงไม่ได้ช่วยป้องกันการเกิดการยุบตัวแบบถาวรที่เกิดจาก แรงลมพายุและสุญญากาศ โดยเป็นเพียงแค่การลดความเสียหายที่เกิดขึ้นเท่านั้น รูปที่ 5.3 กราฟแสดงการยุบตัวด้านบนเปรียบเทียบระหว่างก่อนติดตั้งและหลังติดตั้งวงแหวนเสริมความ แข็งแรง 98 รูปที่ 5.4 กราฟแสดงการยุบตัวด้านข้างเปรียบเทียบระหว่างก่อนติดตั้งและหลังติดตั้งวงแหวนเสริมความ แข็งแรง 5.3 ข้อเสนอแนะ การจาลองถังที่มีความละเอียดสูงจาเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง โดยเฉพาะในส่วน ของ ซีพียู การ์ดจอ และหน่วยความจา เนื่องจากแบบจาลองไฟไนต์เอลิเมนต์ ที่ละเอียดจะมีจานวน องค์ประกอบมาก รวมทั้งการใช้งานในส่วนของเครื่องมือต่าง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จาเป็นต้องใช้ คอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถในการประมวลผลที่สูงมากในการคานวณ แต่ในการทดลองนี้ คอมพิวเตอร์ ที่ใช้อาจมีประสิทธิภาพไม่เพียงพอ ทาให้ต้องลดความละเอียดของแบบจาลองลง ส่งผลให้การวิเคราะห์ บางส่ ว นอาจไม่ไ ด้ ผ ลลัพ ธ์ ที่ มีค วามแม่น ยาเท่า ที่ ค วร จึ ง ควรที่ จะพิ จารณาเพิ่ม ประสิ ทธิภาพของ คอมพิวเตอร์ จากทางคณะผู้จัดทาได้ทาการศึกษาพฤติกรรมการยุบตัวของถังในช่วงบารุงรักษาพบว่า เกิดการ ยุบตัวที่บริเวณผนังถังชั้นที่ 6 จึงทาการติดตั้งวงแหวนเสริมความแข็งแรงเข้าไปเพื่อลดการยุบตัว แต่หาก ต้องการพิจารณาในช่วงที่ไม่มีการซ่อมบารุงก็คือช่วงที่ถังมีของเหลวอยู่ภายใน ทางผู้ออกแบบจึงแนะนา ให้ทาการคานวณด้วยความดันไฮโดรสแตติก เพื่อตรวจสอบแนวโน้มการยุบตัวของผนังถังต่อไป 99 เอกสารอ้างอิง [1] Nasir Hussain, Types of Storage Tanks [Online], Available: https://thepetrosolutions .com/types-of-storage-tanks [July 20, 2024]. [2] Water Tank, Open Top Steel Water Storage Tanks [Online], Available: https://www. bustylproducts.co.uk/2016/08/25/steel-water-storage-tanks/ [July 20, 2024]. [3] Karl Kolmetz, “TYPES OF STORAGE TANKS”, Kolmetz Handbook of Process Equipment Design, Vol. 2, 2012, pp. 10-13. [4] บริษัท พีทีที โกลบอล เคมิคอล จำกัด (มหาชน) [online], Available: https://productsand solutions.pttgcgroup.com/th/products/aromatics-detail/paraxylene [20 กรกฎาคม 2567]. [5] The excusive director office of federal register Washington, “Shell Design”, In Welded Tanks for Oil Storage, 13th ed, D.C., 2020, pp. 16-27. [6] Assoc. Prof. Dr. Chainarong Srikunwong, The design shell plate, PowerPoint of Numerical analysis and design for the wind girder of large storage tank for the mitigation of tank implosion under the external pressure, MAE-KMUTNB, 2024 [7] The excusive director office of federal register Washington, “Top and Intermediate Stiffening Rings”, In Welded Tanks for Oil Storage, 13th ed, D.C., 2020, pp. 81-91. [8] Jumpei Yasunaga, Effects of wind girders on the buckling of open-topped storage tanks under quasi-static wind loading [Online], Available: https://www.sciencedi rect.com/science/article/abs/pii/S0263823117308492 [July 23, 2024]. [9] Jahagirdar Sanjeev, How to avoid the collapse of a storage tank by vacuum [online], Available: How to avoid the collapse of a storage tank by vacuum? (linkedin.com) [July 23, 2024]. [10] นายช่างมาแชร์, ข้อแตกต่างของ MAWP, Design pressure, และ Operating pressure [Online], Available: ข้ อ แ ต ก ต่า ง ข อ ง MAWP, Design pressure, แ ละ Operating pressure (naichangmashare.com) [24 กรกฎาคม 2567]. [11] Asst. Prof. Monsak Pimsan, Introduction FEM, PowerPoint of Finite Element Method , Faculty of Engineering, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang, 2020 [12] Łukasz Skotny Ph. D, What are the Types of Elements Used in FEA [Online], 2019, Available: https://enterfea.com/what-are-the-types-of-elements-used-in-fea/ [July 25, 2024]. [13] FEM Element Types [Online], 2020, Available: https://wiki.freecad.org/FEM_Element _Types [July 25, 2024]. [14] What Is Plastic Deformation In Metals? [Online], Available: https://yenaengineering 100 .nl/what-is-plastic-deformation-in-metals/ [July 26, 2024]. [15] Elastic Deformation [Online], 2017, Available: https://www.sciencedirect.com/topi cs/engineering/elastic-deformation/ [July 26, 2024]. [16] Plastic Deformation [Online], 2014, Available: https://www.sciencedirect.com/topi cs/materials-science/plastic-deformation [July 26, 2024]. [17] The excusive director office of federal register Washington, “Design Consideration”, In Welded Tanks for Oil Storage, 13th ed, D.C., 2020, pp. 9-12. [18] J.G. Teng and J.M. Rotter, “Cylindrical shell under uniform external pressure”, In Buckling of Thin Metal Shells, Padstow, Cornwall, 2004, pp. 154-158. [19] Buckling, PowerPoint of Local Buckling vs Buckling, Methods for Solving, ANSYS, [20] Adel Khalleefah Hamad Darmeesh, “Design Implementation Based on Wind Girders and Finite Element Analysis Practices towards External Floating Roof Storage Tank”, Faculty Member at Department of Materials and Minerals Engineering, Ajdabiya University, 2021, pp. 53. [21] American Petroleum Institute, API Standard 650: Welded Tanks for Oil Storage, 13th ed., Washington, D.C.: American Petroleum Institute, 2020. [22] American Society of Civil Engineers, ASCE 7: Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, 2nd ed., New York, NY: American Society of Civil Engineers, 1982. [23] กรมโยธาธิการและผังเมืองกระทรวงมหาดไทย, มาตรฐานการคำนวณแรงลมและการตอบสนองของ อาคาร, พิมพ์ครั้งที่ 1, บริษัท เอส. พี. เอ็ม. การพิมพ์จํากัด, 2550 [24] H. Schmidt, B. Binder, H. Lange, “Post buckling strength design of open thin-walled cylindrical tanks under wind load”, Thin-Walled Structures 31, 1998, หน้า 203–220. [25] Assoc. Prof. Dr. Chainarong Srikunwong, การแปลงความแข็งแรงคานเทียบเท่ากรณีโมเมนต์ดัด , PowerPoint of Numerical analysis and design for the wind girder of large storage tank for the mitigation of tank implosion under the external pressure, MAE-KMUTNB, 2024 [26] Area moment of inertia [Online], 2024, Available: https://efficientengineer.com/areamoment-of-inertia/ [Jan 20, 2024]. [27] Cross Section Geometrical Properties Calculators [Online], 2021, Available: https://calcdevice.com/c-beam-moment-of-inertia-id6.html [Jan 20, 2024]. 101

Abstract

This thesis is conducted to study the buckling of large storage tanks subjected to radial loads, focusing on designing reinforcement rings to enhance the structural performance against internal and external forces compared to tanks without reinforcement rings. The study employs Finite Element Analysis (FEA) for analysis, examining various tank sizes to collect data such as buckling displacement. The collected data is then applied to actual chemical storage tanks used in industrial operations to analyze the factors contributing to tank deformation. Additionally, this study provides a guideline for developing maintenance methods to reduce the risk of accidents in real industrial environments. The case study tank used in this project is a tank that previously experienced actual buckling, which is the property of PTT Global Chemical Public Company Limited. The authors received support from the company's engineers, who actively participated, provided assistance, and offered relevant information, contributing to the successful completion of this project. The authors sincerely hope that this thesis will be beneficial to society as a whole and valuable to the company in effectively maintaining the storage tanks.

อ้างอิงผลงานนี้ / Cite this

รหัสโปรเจค

AM-2567-008

ชื่อเรื่อง

การวิเคราะห์เชิงตัวเลขและการออกแบบวงแหวนเสริมความแข็งแรงของถังบรรจุขนาดใหญ่ เพื่อลดการยุบตัวของถังจากแรงดันภายนอกที่มากระทำต่อถัง / Numerical Analysis and Design for the Wind Girder of Large Storage Tank for the Mitigation of Tank Implosion Under the External Pressure

ผู้จัดทำ

ณัชพล รุ่งสว่าง, นที สุวรรณอักษร, สิรวิชญ์ สุขสุเมฆ

อาจารย์ที่ปรึกษา

รศ.ดร.ชัยณรงค์ ศรีกุลวงศ์

ปีการศึกษา

2567 (C.E. 2024)

หน่วยงาน

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ (MAE) มจพ.

URL

https://maeconnect.eng.kmutnb.ac.th/projects/cmoi2lrf3001sncyrsjvqblxc