Análise das tensões atuantes em interseções entre bocais e vasos de pressão cilíndricos sem e com chapa de reforço sob pressão interna
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Ernani Sales Palma
Estevam Barbosa de Las Casas
Tanius Rodrigues Mansur
Estevam Barbosa de Las Casas
Tanius Rodrigues Mansur
Resumo
Neste trabalho o comportamento das tensões atuantes em intersecções entre bocais e costados de vasos de pressão cilíndricos foi avaliado usando modelos de elementos finitos. A ferramentacomputacional ANSYS Workbench foi utilizada como plataforma para o desenvolvimento de modelos tridimensionais com elementos sólidos hexaédricos de 20 nós. Considerando a geometria das intersecções entre bocais e vasos de pressão, três modelos foram desenvolvidos: (i) intersecção entre o bocal e o costado do vaso não reforçado; (ii) intersecção entre o bocal e o costado do vaso reforçados com chapa de reforço integralmente colada (supõe-se a chapa de reforço integralmente soldada na intersecção entre o bocal e o costado do vaso); e (iii) intersecção entre o bocal e o costado do vaso reforçada com chapa parcialmente soldada (as bordas da chapa de reforço sãoconsideradas coladas, simulando os cordões de solda, e a hipótese de contato por atrito é assumida entre as superfícies interna da chapa e externa do costado do vaso). As chapas de reforço foram projetadas de acordo com o Código de Projeto ASME Método da Reposição de Área. Análises de tensões lineares (modelos i e ii) e não-linear (modelo iii) elásticas foram efetuadas. Resultados obtidos correlacionam bem com resultados experimentais obtidos na literatura para o modelo i. Ainfluência da chapa de reforço é demonstrada. Comparações entre os modelos ii e iii mostraram diferenças consideráveis nos níveis de tensões encontrados. Enquanto as tensões tangenciais atingiram valores até 10% superiores aos do modelo ii, as tensões radiais saíram de valores de 2,5 MPa e alcançaram 19,2 MPa no modelo iii. Estes fatos sugerem que uma representação mais realística da estrutura deve ser feita
Abstract
In this work the stress fields on vessel/nozzle intersections of cylindrical pressure vessels were evaluated using finite element models. ANSYS Workbench finite element tool was used as platform to develop three-dimensional models with 20-node solid elements. Three models were developed, concerning the vessel/nozzle intersection: (i) unreinforced vessel/nozzle intersection; (ii) bonded pad reinforced vessel/nozzle intersection (pad is integrally welded on the vessel/nozzleintersection); and (iii) partially welded pad reinforced vessel/nozzle intersection (borders of the pad are considered bonded simulating welding lines and friction contact hypothesis is assumed in the pad/vessel contact surface). Reinforcement pads were designed according to ASME Code Criteria Area Replacing Method. Linear (models i and ii) and nonlinear (model iii) elastic analysis were performed. Results obtained correlated well with experimental results obtained from the literature for model i. The influence of the reinforced pad is demonstrated. Comparisons between models ii and iii showed considerable differences on the stresses levels. While the tangential stresses reached values up to 10% higher than those levels of model ii, the radial ones augmented from 2,5 MPa to 19,2 MPa for model iii. This suggests that a more accurate representation of the real structure should be considered
Assunto
Engenharia mecânica
Palavras-chave
Vasos de pressão, Contato, Elementos finitos, Cilíndricas, análise de tensões, Chapa de reforço, Intersecções, Bocais