Title

MODELAMENTO NUMÉRICO DE UM CILINDRO DO TIPO 2 PARA ARMAZENAMENTO DE GNV

NUMERICAL MODELING OF A HIGH-PRESSURE TYPE 2 CYLINDER FOR STORING NATURAL GAS FOR VEHICLES

Authorship

Mattos, Giselle Barbosa de; Villani, Anaisa de Paula Guedes; Silva, Thiago de Carvalho; Lopes, Luiz Carlos Rolim; Gouvêa, Jayme Pereira de; Moreira, Luciano Pessanha; Senne, Adriano de

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Lopes, Luiz Carlos Rolim

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Gouvêa, Jayme Pereira de

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Moreira, Luciano Pessanha

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DOI

10.5151/2594-5327-0062

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Abstract

A norma ISO 11439 admite 4 tipos de cilindros para armazenamento seguro do GNV. Dentre estes, o cilindro do tipo selante metálico envolvido na circunferência por compósito bobinado de fibras, é objeto de análise neste projeto de P&D, realizado numa parceria da EEIMVR/UFF com a White Martins/CILBRAS. Este trabalho descreve um modelo numérico, construído com o auxílio do código de elementos finitos ANSYS, empregado no cálculo de tensões no selante metálico e nas camadas de compósito. Através da adoção de um critério de projeto para compósitos laminados e de uma expressão analítica, estudou-se a otimização da espessura da camada bobinada, em função do ângulo e da seqüência de bobinamento das fibras sobre o selante metálico. Empregando-se o elemento de casca multicamada (“shell multilayer”) do código ANSYS versão 8.1 construiu-se um modelo de cilindro tipo 2 que permitiu o cálculo das tensões e deformações no selante e no material compósito. Analisou-se as tensões principais e cisalhantes em cada camada de compósito fibra de vidro-epóxi. O critério de falha de Hill-Tsai, para materiais compósitos laminados, foi empregado para análise de falha de cada uma das camadas. Os resultados são analisados tendo em vista o desempenho do cilindro sob condições de carregamento de teste, isto é, 30 MPa.

ISO 11439 standards consider 4 types of high-pressure cylinders to storing natural gas for vehicles applications. Among them the type 2, metal-lined hoop wrapped cylinder, is the aim of this work. It describes a numerical model built using ANSYS application to determine stress and strain on the metal liner and on the composite material applied on the liner via filament winding process. Using design criterion for laminate composites, the total thickness of the composite layer has been evaluated to get an optimized value. Employing the element shell multilayer of ANSYS 8.1 and a model of the type 2 cylinder, the stress state in the metal liner and in each layer of the composite system of epoxy-glass fibre has been studied. The failure criterion of Hill- Tsai for composite laminates was used to analyse failure of each layer. The results are analysed considering the performance of the cylinder under test conditions of loading of 30 MPa.

Keywords

Simulação numérica; Elementos finitos; Compósito; Cilindro do tipo 2.

Numerical modeling; Finite elements method; Composite material; Type 2 high- pressure cylinder.