اصول طراحی شیلنگ به عنوان یک جزء کلیدی در سیستم های انتقال سیال، علم مواد، تجزیه و تحلیل مکانیکی و روش های مهندسی را برای دستیابی به تعادل بین مقاومت فشار، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و عمر طولانی یکپارچه می کند. طراحی هسته آن باید به طور جامع ویژگی های سیال، محیط عملیاتی و الزامات عملکردی را در نظر بگیرد و از قابلیت اطمینان از طریق بهینه سازی ساختاری و انتخاب مواد اطمینان حاصل کند.
انتخاب مواد برای عملکرد شلنگ اساسی است. لایه شیلنگ داخلی مستقیماً با سیال در حال انتقال تماس می گیرد و مواد لاستیکی یا مصنوعی باید بر اساس خواص سیال (مانند خورندگی، دما و ویسکوزیته) انتخاب شوند. به عنوان مثال، لاستیک نیتریل بوتادین (NBR) اغلب برای انتقال روغن استفاده می شود، در حالی که مونومر اتیلن پروپیلن دی ان (EPDM) برای مقاومت در برابر بخار در دمای بالا استفاده می شود. لایه تقویتی معمولاً از چندین لایه الیاف{4} با استحکام بالا (مانند سیم فولادی یا آرامید) یا مارپیچ های فلزی تشکیل شده است که به صورت شعاعی و محوری برای تحمل فشار داخلی پیچیده می شوند. زاویه قیطان و چگالی به طور مستقیم بر فشار ترکیدگی و مقاومت خمشی شیلنگ تأثیر می گذارد. لایه بیرونی شلنگ باید در برابر سایش، اشعه ماوراء بنفش و حمله شیمیایی مقاوم باشد و معمولاً از لاستیک کلروپرن (CR) یا پوشش پلی اورتان ساخته شده است.
طراحی سازه باید به تعادل مکانیکی برسد. شیلنگ ها معمولاً از یک ساختار لمینت کامپوزیتی متشکل از یک لوله داخلی، لایه تقویت کننده و لوله بیرونی استفاده می کنند. طرح مارپیچی یا بافته شده لایه تقویتی، فشار داخلی را از طریق مکانیسم توزیع{2} کشش به تنش حلقه تبدیل می کند و از پارگی موضعی جلوگیری می کند. فشار بحرانی انفجار باید در طول طراحی محاسبه شود. این فرمول به طور معمول بر اساس قانون لاپلاس است که فشار را به نسبت کشش لایه تقویت کننده و ضخامت دیواره لوله مرتبط می کند. علاوه بر این، انعطاف پذیری با کنترل سفتی لایه تقویت کننده و مدول الاستیک لوله داخلی به دست می آید. سفتی بیش از حد شعاع خمش را افزایش میدهد و بر سازگاری نصب تأثیر میگذارد.
سازگاری عملکردی دامنه کاربرد را تعیین می کند. شیلنگهای فشار قوی (مانند آنهایی که در سیستمهای هیدرولیک استفاده میشوند) به تعداد زیادی لایههای تقویتکننده و افزایش قطر سیم نیاز دارند، در حالی که شیلنگهای درجه{2}غذایی برای مطابقت با استانداردهای FDA و جلوگیری از مهاجرت نرمکننده به مواد لایه داخلی نیاز دارند. طراحی زیست محیطی همچنین شامل مقاومت در برابر شکنندگی در دمای پایین (مثلاً با افزودن لاستیک سیلیکون) یا شعله{7}}تصفیه بازدارنده (مثلاً با استفاده از ترکیبات اصلاح شده هالوژن) است.
هدف نهایی طراحی شیلنگ دستیابی به قابلیت اطمینان و کارایی{0}}هزینه است. با شبیه سازی توزیع تنش از طریق تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA) و تأیید مدل های پیش بینی عمر از طریق آزمایش های پیری سریع، طراحی شیلنگ مدرن می تواند به طور دقیق با نیازهای سناریوهای تقاضا مانند هوانوردی و پتروشیمی مطابقت داشته باشد و به یک راه حل اتصال انعطاف پذیر ضروری در سیستم های صنعتی تبدیل شود.
