Title

ESTUDO DA INSTABILIDADE PLÁSTICA EM VASOS DE PRESSÃO CILÍNDRICO DE PAREDE FINA SEM E COM REFORÇO PARA ENSAIO HIDROSTÁTICO BOBINADO COM FIBRA METÁLICA E CARBONO EM MATRIZ EPÓXI

STUDY OF PLASTIC INSTABILITY IN REINFORCED AND NON REINFORCED CYLINDRICAL PRESSURE VESSELS SUBJECT TO HYDROSTATIC TESTING EMPLOYING HELICAL WINDINGS OF METALLIC AND CARBON FIBRE IN EPOXI MATRIX

Authorship

Filho, Antonio de Pádua Lima; Hernandes, Thales Bogaz; Junior, Euler Barreto; Vieira, Edson Del Rio

Filho, Antonio de Pádua Lima

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Hernandes, Thales Bogaz

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Junior, Euler Barreto

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Vieira, Edson Del Rio

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DOI

10.5151/2594-5327-0267

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Abstract

O presente trabalho visa obter a pressão hidrostática interna máxima suportada por vasos de pressão de parede metálica fina sem reforços e comparar com resultados experimentais obtidos de vasos com paredes reforçadas. Estruturas em cascas cilíndricas utilizando latas de aço com baixo teor de carbono – 0,03%C e alumínio 3004 foram utilizadas. Somente as latas de alumínio foram reforçadas (bobinagem helicoidal – fibra de carbono T300 e arames de aço inoxidável 316L de 300μm de diâmetro em matriz epóxi) para obter uma estrutura em casca de elevadas propriedades mecânicas específicas. As latas de alumínio e aço testadas, suportaram, respectivamente, um carregamento hidrostático interno máximo aproximadamente de 1 MPa e 2 MPa. As estruturas reforçadas somente na região cilíndrica resistiram uma maior pressão antes da falha de 1,8 MPa. Por outro lado, as latas totalmente bobinadas pela fibra de carbono T300 não falharam até a pressão máxima disponível para o ensaio de 3,5 MPa. Corpos de prova de tração foram preparados do material das paredes das latas de alumínio e aço, e apresentaram uma resistência a tração de 292 MPa e 507 MPa respectivamente. Para ambos os materiais a deformação na fratura não ultrapassou a 0,007. Extensômetros tipo roseta 90° foram colados para acompanhar as deformações longitudinais e circunferenciais dos vasos de pressão durante o ensaio hidrostático. Critérios de escoamento de Tresca e von Mises foram usados para calcular a pressão hidrostática máxima suportada pelos vasos de pressão sem reforço e comparar com os dados experimentais obtidos. Uma imagem capturada é mostrada no exato instante da ruptura catastrófica do vaso cilíndrico sem reforço em forma de “boca de peixe”.

The aim of this work is to calculate the maximum hydrostatic pressure sustainable by tin wall pressure vessels without reinforcement, and to compare and assay this with the experimental results from composite pressure vessels. Shell structures utilizing both steel (low carbon content – 0.03%) and aluminium (3004) beverage cans were used in this work. Only aluminium cans were reinforced (helical winding with carbon fibre T300 and 300 μm diameter 316L stainless steel wire in an epoxy matrix) separately to obtain a shell structure with high specific mechanical properties. The non reinforced aluminium and steel cans supported a maximum internal hydrostatic loading of approximately 1 MPa and 2 MPa respectively . The aluminium structures which were reinforced around the cylindrical region withstood a greater pressure before failure (1,8 MPa). However, cans reinforced solely with wound carbon fibre T300 did not fail at the maximum pressure available for testing (500 psi

Keywords

Estruturas em casca cilíndrica; Vaso de pressão bobinado por fibra contínua; Ensaio hidrostático; Critérios de escoamento.

Cylindrical shell structures; Filament wound vessel; Hydrostatic test; Yielding criteria.