Experimental and Numerical Investigation of Fire Tube Behavior Under Internal Pressure

Abstract

In this study, the mechanical behaviors of the fire extinguisher tubes used in vehicles under the internal pressure were examined. For this purpose, an experimental setup was designed and internal pressure tests of the tubes were carried out. In the experiment set up, strain gauge measurements were made around the tube as a result of the tearing of the applied internal pressure value and the tube bursting. In addition, this study was supported by FEM analysis in NX / Nastran program. In the internal pressure test, 92 kg of 1 kg fire tube, which is widely used, burst by breaking the tube and deformations were examined until the moment of the explosion. According to the deformation results, environmental stresses were found to be of greater importance. In this way, the strength performance of these products, which are used in fire extinguishing and are of vital importance, were examined. It is important for the production of fire tubes containing higher masses with the same volumes as the design and manufacturing variables to be made by understanding the mechanical behavior of these tubes.

Keywords

• Fire tube
• Pressure tube
• High Pressure
• Finite Element Analysis

Yangın Tüpünün İç Basınç Altındaki Davranışının Deneysel ve Nümerik Olarak İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, araçlarda kullanılan yangın söndürücü tüplerin iç basınç altında yapısında meydana gelen mekanik davranışları incelendi. Bu amaç için bir deneysel düzenek tasarlanarak tüplerin iç basınç testleri gerçekleştirildi. Kurulan deney düzeneğinde, uygulanan iç basınç değerinin tüpün yırtılarak patlaması sonucunda tüpün etrafına yerleştirilen deformasyon ölçerler (strain gauge) vasıtasıyla ölçümler yapılmıştır. Ayrıca yapılan bu çalışma NX/Nastran programında yapılan SEA analizi ile desteklendi. İç basınç testinde çok yaygın kullanılan 1 kg’lık yangın tüpün 92 bar civarında tüp yarılarak patlamış ve patlama anına kadar tüpteki deformasyonlar incelenmiştir. Deformasyon sonuçlarına göre çevresel gerilmelerin daha büyük önem arz ettiği görüldü. Bu sayede yangın söndürmede kullanılan ve hayati önem taşıyan bu ürünlerin iç basınç altında ortaya koydukları mukavemet performansı incelendi. Bu tüplerin mekanik davranışlarının anlaşılmasıyla yapılacak tasarım ve imalat değişkenleriyle aynı hacimlere daha yüksek kütleleri ihtiva eden yangın tüplerinin üretilmesi açısından önemlidir.

Keywords

• Yangın tüpü
• Basınçlı tüp
• Yüksek Basınç
• Sonlu Elemanlar Analizi

References

1. [1] F. Mestan, “Basınçlı kapların deneysel ve teorik olarak incelenmesi,” Yüksek lisans tezi, Havacılık ve Uzay Teknolojileri Enstitüsü, Hava Harp Okulu Komutanlığı, İstanbul, Türkiye, 2010.
2. [2] E. Koç,İ. Keleş, K. Yıldızlı, İnce cidarli silindirde gerilme ve şekil değiştirme analizi deneyi, Ders Notları, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Makine Mühendisliği, Samsun, Türkiye, 2012. [3] D. Roylance, Pressure Vessels, Lecture Notes, Department of Materials Science and Engineering,” Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, 2001.
3. [4] E. Toptaş, ve N. Akkuş. “Damage detection of carbon fibers in filament winding machines using an electrical resistance method,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, c. 93, ss. 671-679, 2017.
4. [5] Yangın söndürme tüpü patladı televizyon parçalandı, Hürriyet Gazetesi (2016), [Çevrimiçi]. Erişim Adresi: https://www.hurriyet.com.tr/yangin-sondurme-tupu-patladi-televizyon-parcala-40275056. Erişim Tarihi: 14 Nisan 2020.
5. [6] F. Beer, R.E. Johnston, Ö. Akgün, O. Yazıcıoğlu, T. Kotil, Cisimlerin Mukavemeti, Beta Yayın, 2003.
6. [7] N. Akkuş, E. Toptas, Ö. Topal, “Thermomechanical Analysis of Arc Welded Joint by Finite Element Method,” International Congress on Advances in Welding Science and Technology for Construction, Energy and Transportation Systems (AWST - 2011), 2011.
7. [8] E. S. Erdiller, “Experimental Investigation for Mechanical Properties of Filament Wound Composite Tubes,” M.S. thesis, Mechanical Engineering, The Graduate School Of Natural And Applied Sciences, Middle East Technical University, Ankara, Turkey, 2004.
8. [9] A. Önder, “First Failure Pressure of Composite Pressure Vessels,” M.S. thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences, Dokuz Eylül University, İzmir, Turkey, 2007.

9. [10] E. Toptaş, “Şekil Hafızalı Metaller İle Aktüatör Tasarımı,” Yüksek lisans tezi, Makine Eğitimi Anabilim Dalı, Fen Bilimleri Enstitüsü, Marmara Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2006
10. [11] T. Hwang, J. Park, H. Kim, “Evaluation of Fiber Material Properties in Filament-Wound Composite Pressure Vessels,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, c. 43 s. 9, ss. 1467-1475, 2012.