Dimensionamento de Vasos de Pressão_MEF

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO – UFPE

CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS – CTG

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Estudo das tensões e deformações em vasos de pressão de paredes finas – Simulação no COMSOL Multiphysics.

Trabalho prático destinado à disciplina de Mecânica dos Sólidos 2 – Ministrada pela professora Nadège Sophie Bouchonneau da Silva – Curso de Engenharia Mecânica – UFPE.

Aluno:

José Victor Baneoth Dueire da Silveira

Recife, Julho de 2015

SUMÁRIO

1. Plano de Trabalho ............................................................ Pág 3
2. Introdução

1.  Objetivo do Trabalho ................................................. Pág 4
2.  Apresentação do Tema e Aplicação.......................... Pág 5

1. Método dos Elementos Finitos......................................... Pág 6,7
2. Simulação em vasos de pressão de paredes finas

1.  Geometrias utilizadas ................................................ Pág 8
2.  Criações da malha ..................................................... Pág 9
3.  Equações da física ..................................................... Pág 10

1.  Testes

1.  Vaso de pressão de ferro fundido ........................... Pág 11
2.  Vaso de pressão de titânio ....................................... Pág 14

1. Conclusão ....................................................................... Pág 18
2. Bibliografia ....................................................................  Pág 19
3. Apêndice Único .............................................................. Pág 20        

1. Plano de Trabalho

Apresentação, aplicação, caracterização e ilustração do problema a ser estudado. Consiste em uma análise das tensões e deformações em vasos de pressão de paredes finas (compostos por uma parte cilíndrica e por uma parte esférica.). Para tal estudo analisaremos através do Método dos Elementos Finitos através do uso do software COMSOL Multiphysics. Neste trabalho, cada parte do processo será analisada e discutida.

- Geometria Utilizada (Cilindro + 2 Tampas Esféricas).

- Condições Iniciais (Pressões no interior do vaso, temperatura).

- Propriedades do material (Módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson).

- Equações da física (Equações utilizadas para a análise de vasos de pressão de paredes finas).

- Condições de contorno

- Distribuição das tensões e das deformações

- Valores extremos obtidos nas análises

- Analise e avaliação dos resultados

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1. Introdução

1. Objetivo do Trabalho

Estudamos na disciplina de Mecânica dos Sólidos 2, diversos tópicos que são aplicados na engenharia mecânica, como a analise de estruturas do ponto de vista de materiais elastoplásticos, estudo do estado-plano de tensão e deformação pelo método do circulo de Mohr, análise de critérios de falhas para materiais dúcteis e frágeis, estado tridimensional de tensão, vasos de pressão de paredes finas e de paredes espessas, deflexão de vigas (método da superposição, energia, Castigliano) e vigas curvas. Dentre esses tópicos vistos na disciplina, escolhi em especial a análise de tensões e deformações em cilindros de paredes finas. Durante o curso de Mecânica dos Sólidos 2, desenvolvemos métodos analíticos para o cálculo de tensões radiais ou circunferenciais e de tensões longitudinais, com algumas aproximações para possibilitar uma análise analítica mais acessível a estimativas.

Porém, como será que um vaso de pressão se comporta sobre efeitos de uma pressão no seu interior?

Esse trabalho tem como objetivo apresentar um método numérico, baseado no Método dos Elementos Finitos, a fim de possibilitar um estudo muito mais amplo, do que o oferecido pelo método analítico, trazendo para perto da realidade uma análise mais precisa, levando em considerações múltiplas físicas a fim de melhorar nossas perspectivas de viabilização de projetos e da segurança oferecida pelos mesmos.

 

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1. Apresentação do Tema e Aplicação

Vasos de Pressão são estruturas fechadas contendo líquidos ou gases sob pressão. Devem ser projetados para resistir com segurança a pressões internas e externas, são de uso comum em refinarias de petróleo, indústrias químicas e petroquímicas, os mesmos constituem um conjunto importante de equipamentos que abrangem os mais variados usos. O projeto e a construção de vasos de pressão envolve uma série de cuidados especiais e exige o conhecimento de normas e materiais adequados para cada tipo de aplicação, pois suas falhas podem acarretar consequências catastróficas até mesmo com perda de vidas, sendo considerados equipamentos de grande periculosidade. Exemplos: Tanques, tubos e cabines pressurizadas em aeronaves e veículos espaciais. Podem ser classificados de em duas categorias: Geométrica e Espessura da parede. Do ponto de vista geométrico, os vasos podem ser cilíndricos ou esféricos, ou mesmo, pode incluir na sua geometria, a combinação das duas formas, como será analisado neste trabalho (Combinação de um vaso cilíndrico e de duas tampas esféricas vedando o mesmo). No que diz respeito à espessura da parede que reviste o vaso, a classificação é feita pela razão r/t, onde r é o raio e t é a espessura da parede. Caso r/t > 10, o vaso é classificado como vaso de pressão de paredes finas ou estruturas de cascas, por outro lado, caso a relação r/t <10 o mesmo se enquadra como vaso de pressão de parede espessa. Em todas as simulações feitas, a pressão interna aplicada, é relativa à externa, logo podemos considerar a pressão externa como nula e a interna com seu valor absoluto.