هر بیلوز با توجه به هندسه ای که طبق آن طراحی شده است دارای یک فشار بحرانی می باشد که در آن ناپایدارشده و دچار اعوجاج می شود. ناپایداری به دو صورت رخ می دهد:
- ناپایداری ستونی column instability (or squirm)
- ناپایداری صفحه ای in-plane instability
ناپایداری ستونی تمام طول بیلوز را در بر میگیرد به گونه ای که خط محوری بیلوز که از مرکز سطح مقطع آن عبور میکند، ازحالت مستقیم خارج شده و به صورت یک کمان در می آید این در حالی است که ناپایداری صفحه ای تنها یک یا چند پره را در گیر کرده و آن ها را از حالت عمود بودن بر خط محوری بیلوز خارج می کند.
فشار بحرانی ای که در آن ناپایداری حادث می شود، رابطه مستقیمی با قطر بیلوز و ضریب فنریت آن داشته و هم چنین رابطه معکوسی با طول بیلوز دارد. اگر بیلوز خم شود یا زاویه ای بگیرد، خط محوری می تواند شروع به جا به جا شدن از مرکز انحنایش بکند.
در هر دو حالت ناپایداری، طول موثر بیلوز ازدیاد پیدا خواهد کرد و متریال موجود برای ایستادگی و مقاومت در برابر فشار کاهش پیدا کرده و در نتیجه تنش های محیطی (Hoop Stresses) شروع به افزایش می کنند. در حالی که طول بیلوز در حال افزایش و ازدیاد می باشد، تمایل برای ایجاد ناپایداری ستونی افزایش پیدا کرده و تنش بالا و بالا تر خواهد رفت تا زمانی که خرابی به بار بیاید.
یک روش ساده برای به نمایش گذاشتن این پدیده ها این است که در ذهن داشته باشیم که بیلوز ها را به صورت یک سیلندر با حجم معینی در نظر بگیریم. فشار داخلی سعی بر این دارد تا حجم سیلندر مورد نظر را افزایش دهد. چون یک بیلوز در جهت محوری (Axial) دارای انعطاف پذیر می باشد، می تواند با افزایش طول خط محوری اش حجم خود را افزایش دهد. هنگامی که دو انتهایش فیکس و ثابت شده باشد و به ناچار نتواند افزایش طول بدهد، میتوان این پدیده را با یک ستون که در حال کمانش (Buckling) میباشد، شبیه سازی کرد. این امر جلوه ای کامل از حالت ناپایداری ستونی (Squirm) در ذهن به نمایش می گذارد.
ناپایداری صفحه ای یک بیلوز به این امر اشاره دارد که یک یا چند پره از بیلوز نسبت به خط محوری آن دچار چرخش شده و دیگر بر آن عمود نباشند اما همچنان خط محوری بیلوز به صورت یک خط مستقیم استوار می ماند. این ناپایداری مربوط به ازدیاد تنش های طولی (Longitudinal Stresses) و ازدیاد تنش های محیطی (Hoop Stresses) بوده که در اثر فشار داخلی ایجاد می شوند و منجر به تغغیر شکل پلاستیک در قسمت پره های بیلوز می شوند. ناپایداری صفحه ای اغلب هنگامی که بیلوز در وضعیت فشرده می باشد رخ می دهد.
اگر ناپایداری ستونی و یا ناپایداری صفحه ای برای یک بیلوز اتفاق بیفتد، یک تغییر شکل بزرگ و یا به عبارت دیگر قابل توجه نسبت به آنچه در مدل محاسباتی اصلی وجود دارد اتفاق خواهد افتاد. چنین بیلوزی باید سریعا تعویض گردد چرا که دیگر توان تحمل فشار داخلی را نداشته و عمر خستگی آن دیگر با محاسبات انجام شده نسبت به حرکات های مورد نظر همخوانی ندارد.
در کارخانه شرکت تولیدی مهندسی انعطاف صانع تست هیدرو استاتیک برای تمامی اکسپنشن جوینت ها انجام می گردد تا از عدم وجود ناپایداری در اتصالات در حین سرویس اطمینان حاصل گردد.
منابع :
http://www.houyipbellows.com
https://www.usbellows.com
تهیه، تنظیم و ترجمه : واحد فنی و مهندسی شرکت انعطاف صانع (بهزاد بیکائی)