| Abstract | Tema ovog završnog rada jest numerička analiza spremnika bioreaktora. U uvodu rada je
ukratko opisan rad bioreaktora te njegove vrste. Potom je odabrana konstrukcija spremnika sa
svim pripadnim dimenzijama te je za nju proveden analitički i numerički proračun.
Pojednostavljena konstrukcija spremnika je sastavljena od dvije sferne i jedne cilindrične
ljuske, te kružnog prstena preko kojeg je sam spremnik i oslonjen. Prije samog analitičkog
proračuna, dan je uvod u teoriju ljusaka i kružnih prstenova na kojima se temelji analitički
proračun. Za sve ljuske se određene i grafički prikazane raspodjele radijalnog pomaka, kuta
zakreta, cirkularnih naprezanja, meridijanskih naprezanja, meridijanskog momenta te
ekvivalentnih naprezanja na vanjskim i unutarnjim rubovima ljusaka. Na temelju raspodjele
ekvivalentnih naprezanja određena su maksimalna naprezanja koja će služiti za provjeru uvjeta
čvrstoće spremnika, ali i za usporedbu rezultata dobivenih analitičkim i numeričkim
proračunom. Numerički proračun je proveden primjenom programskog paketa Abaqus® koji
se temelji na metodi konačnih elemenata. Prije numeričke analize spremnika bioreaktora je
provedena verifikacija konačnih elemenata na jednostavnom primjeru cilindričnog spremnika
ispunjenog vodom kako bi se odredio najprikladniji konačni element za zadani spremnik.
Nakon toga je provedena numerička analiza spremnika bioreaktora čime se odredila raspodjela
radijalnih pomak i kutova zakreta pojedinih ljusaka te ekvivalentna naprezanja prema von
Misesovom kriteriju. Određeno maksimalno naprezanje korišteno je za provjeru uvjeta čvrstoće
spremnika. Potom je provedena grafička usporedba raspodjele radijalnih pomaka i kutova
zakreta, te su uspoređena maksimalna naprezanja dobivena analitičkim i numeričkim
proračunom. |
| Abstract (english) | The topic of this final paper is the numerical analysis of a bioreactor tank. The introduction
provides a brief overview of bioreactors, their operation, and different types. Following this, a
specific tank design is selected with all dimensions, and and both analytical and numerical
calculations are conducted for the chosen configuration. The simplified tank design consists of
two spherical shells, a cylindrical shell, and a circular ring that serves as the tank's support.
Before the analytical calculations, an introduction to the theory of shells and circular rings is
presented, as these concepts form the basis of the analytical approach. For all shell components,
the distributions of radial displacement, rotation angle, circumferential stresses, meridional
stresses, meridional moments, and equivalent stresses at the inner and outer edges are
determined and graphically presented. Based on the equivalent stress distribution, the maximum
stresses are identified, which are used not only to verify the structural integrity of the tank but
also to compare the results obtained from analytical and numerical calculations. The numerical
analysis is performed using the Abaqus® software package, which is based on the finite element
method. Before conducting the numerical analysis of the bioreactor tank, a verification process
is carried out on a simple cylindrical tank filled with water to determine the most suitable finite
element type for the given tank structure. Once verified, the numerical analysis is performed to
determine the distribution of radial displacements and rotation angles for the individual shells,
as well as the equivalent stresses according to the von Mises criterion. The determined
maximum stress is used to verify the structural integrity of the tank. Finally, a graphical
comparison of the radial displacement and rotation angle distributions is performed, along with
a comparison of the maximum stresses obtained through analytical and numerical calculation. |
