Title

ANÁLISE DA INTEGRIDADE ESTRUTURAL DE UM VASO DE PRESSÃO COMPÓSITO TIPO 4: UMA ABORDAGEM VIA MECÂNICA DA FRATURA E A NORMA ASME

STRUCTURAL INTEGRITY ANALYSIS OF A TYPE 4 COMPOSITE PRESSURE VESSEL: A FRACTURE MECHANICS APPROACH BASED ON THE ASME STANDARD

Authorship

RODRIGUES, MILENA PEIXOTO; PONTES, MARIA FERNANDA FARIAS

RODRIGUES, MILENA PEIXOTO

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PONTES, MARIA FERNANDA FARIAS

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DOI

10.5151/2594-4711-42165

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Abstract

Este trabalho objetiva modelar e simular um cilindro de pressão compósito Tipo 4 para armazenamento de hidrogênio, avaliando sua integridade estrutural. A metodologia incluiu a criação de uma geometria com domo isotensóide e a análise por elementos finitos (MEF) no software ANSYS. Foi realizada uma análise de mecânica da fratura em um defeito hipotético para calcular os Fatores de Intensidade de Tensão (KI, KII, KIII). Os resultados indicaram uma fratura de modo misto, com o Modo I (abertura) sendo predominante, atingindo um KI máximo de 141,8 MPa√m. A validação, contextualizada pela norma ASME Seção X, demonstrou que a aprovação do vaso no teste de qualificação implica uma tenacidade à fratura (KIc) superior ao SIF calculado, confirmando a robustez do projeto e a eficácia da metodologia para garantir a segurança.

THIS WORK AIMS TO MODEL AND SIMULATE A TYPE 4 COMPOSITE PRESSURE VESSEL FOR HYDROGEN STORAGE, EVALUATING ITS STRUCTURAL INTEGRITY. THE METHODOLOGY INVOLVED CREATING A GEOMETRY WITH AN ISOTENSOID DOME AND PERFORMING A FINITE ELEMENT ANALYSIS (FEA) USING ANSYS SOFTWARE. A FRACTURE MECHANICS ANALYSIS WAS CONDUCTED ON A HYPOTHETICAL DEFECT TO CALCULATE THE STRESS INTENSITY FACTORS (KI, KII, KIII). THE RESULTS INDICATED A MIXED-MODE FRACTURE, WITH MODE I (OPENING) BEING PREDOMINANT, REACHING A MAXIMUM KI OF 141.8 MPA√M. THE VALIDATION, CONTEXTUALIZED BY THE ASME SECTION X STANDARD, DEMONSTRATED THAT THE VESSEL'S APPROVAL IN THE QUALIFICATION TEST IMPLIES A FRACTURE TOUGHNESS (KIC) SUPERIOR TO THE CALCULATED SIF, THUS CONFIRMING THE PROJECT'S ROBUSTNESS AND THE METHODOLOGY'S EFFECTIVENESS IN ENSURING SAFETY.

Keywords

Vaso de pressão compósito, Mecânica da fratura, Método dos Elementos Finitos, Armazenamento de hidro

Composite pressure vessel, Fracture mechanics, Finite Element Method, Hydrogen storage