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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2009.tde-05032012-145253
Document
Author
Full name
Hitoshi Taniguchi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2008
Supervisor
Committee
Carvalho, Jonas de (President)
Fortulan, Carlos Alberto
Noritomi, Pedro Yoshito
Title in Portuguese
Contribuição ao projeto estrutural de cilindros em compósitos para armazenamento de oxigênio sob alta pressão
Keywords in Portuguese
Cilindros de alta pressão
Compósitos
Filament winding
Método dos elementos finitos
Abstract in Portuguese
Neste trabalho são analisados os aspectos relacionados à otimização estrutural de cilindros de alta pressão em compósitos, a partir do estudo detalhado dos procedimentos de cálculo analítico, utilizando o método análise de rede (netting analysis), juntamente com procedimentos baseados em análise numérica pelo método dos Elementos Finitos, considerando modelos de comportamento ortotrópico do material compósito. São considerados cilindros utilizados para armazenamento de oxigênio, fabricados pelo processo de enrolamento filamentar (filament winding), comparados a cilindros confeccionados em metal quanto à sua aplicabilidade. Após análise de diferentes estudos de caso, conclui-se que os materiais compósitos podem ser aplicados com sucesso em cilindros de alta pressão, desde que estabelecidos alguns parâmetros decisivos ao projeto estrutural do vaso, tais como: critério de falha mais adequado; determinação de dados experimentais dos materiais utilizados; normas e códigos utilizados no projeto e dados da geometria final do vaso, dependentes do processo de fabricação. Propõe-se também a utilização de um ambiente integrado das atividades de projeto e fabricação do compósito.
Title in English
A contribution to the structural design of composite cylinders for high-pressure oxygen containment
Keywords in English
Composites
Filament winding
Finite element method
High-pressure cylinders
Abstract in English
In this work the aspects related to the structural optimization of composite high-pressure cylinders are analyzed from the thorough study of analytical calculation, by the use of netting analysis, along with procedures based on numerical analysis by the Finite Element method, considering models of composite materials with orthotropic behaviour. Cylinders used for oxygen containment, manufactured by filament winding process, are considered and compared to the cylinders manufactured in metal in terms of their application. The analyses of different case studies allowed to conclude that composite materials can be applied successfully in high pressure cylinders provided that some critical parameters have been established to the vessel structural design, such as: an adequate failure criteria; determination of experimental data for the composite materials used; standards and codes used in the design and the final vessel geometry data, dependent variables of the manufacturing process. An integrated environment of the design and manufacturing activities is proposed as well in order to embrace all of these aspects.
 
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Publishing Date
2012-04-18
 
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