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Título: Análise numérica de estruturas celulares cilíndricas
Título(s) alternativo(s): Numerical analysis of cellular cylindrical structures
Autor(es): Takii, Bruna Aimi
Orientador(es): Luersen, Marco Antônio
Palavras-chave: Indústria petrolífera
Oleodutos de petróleo
Análise numérica
Método dos elementos finitos
Engenharia mecânica
Petroleum, Industry and trade
Petroleum pipelines
Numerical analysis
Finite element method
Mechanical engineering
Data do documento: 5-Dez-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: TAKII, Bruna Aimi. Análise numérica de estruturas celulares cilíndricas. 2018. 47 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018.
Resumo: Na indústria petrolífera, a redução do peso de dutos flexíveis influencia diretamente nos custos de todo o sistema de extração. Esses dutos estão normalmente sujeitos a situações de alta pressão e compressão axial, podendo gerar falhas repentinas. Por isso, estudos intensivos estão sendo realizados a fim de encontrar alternativas para melhorar as propriedades das diversas camadas funcionais que constituem os dutos flexíveis. Uma opção aos dutos formados por camadas de materiais compósitos é a de inserir, de forma complementar, um reforço metálico tubular celular, possibilitando escolher uma forma geométrica que melhore alguma propriedade mecânica desejada. Assim, este trabalho estuda, de forma isolada, o comportamento mecânico do reforço metálico cilíndrico celular. Este estudo tem como objetivo realizar uma análise qualitativa comparando sete geometrias: triangular, quadrada, hexagonal (θ = 30º, 20° e 40°) e auxética reentrante (θ = -20° e -10°). As estruturas são submetidas a esforços de compressão, para análise estática e de flambagem linear, e de pressão interna. Esses esforços são avaliados de forma independente e, posteriormente, de forma combinada. Nas análises estruturais utiliza-se a modelagem por elementos finitos através do software comercial ABAQUS. Os resultados das análises mostram que a estrutura com células triangulares é a mais rígida na direção axial e a que suporta maior carga até falhar por flambagem. Quando comprimida, a estrutura com células quadradas apresenta, particularmente, deslocamento radial praticamente nulo. Porém, é caracterizada por uma baixa resistência à flambagem linear. As células hexagonais apresentam menor peso, maior deslocamento radial para compressão e maior deslocamento axial quando sujeitas a pressão interna. Já as células auxéticas reentrantes apresentam maior flexibilidade axial em compressão e também baixa resistência à flambagem. Porém, são as que apresentam as menores tensões quando submetidas à pressão.
Abstract: In the oil industry, the decrease of weight of flexible pipelines influences the costs of the entire extraction system. These ducts are usually exposed to high pressures and axial compression, which may cause sudden failures. Therefore, intensive studies are being carried out to find alternatives that enhance the properties of the functional layers that constitute the flexible pipes. An option to the pipes formed by layers of composite materials is to insert, additionally, a cellular tubular metallic reinforcement. Cellular solids enable to choose a geometric shape that can improve a desired mechanical property. Thus, this work studies the mechanical behavior specifically of the cellular cylindrical metallic reinforcement. The objective is to obtain a qualitative analysis comparing seven geometries: hexagonal (θ = 30°, 20° and 40°), reentrant auxetic (θ = -20° and -10°), triangular and square. The structures are subjected to compression loads, for static analysis and linear buckling, and internal pressure. These loads are evaluated independently and, subsequently, in combined modes. For the structural analysis, finite element modeling is performed using the commercial software ABAQUS. The results of the simulations show that the structure with triangular cells is the most rigid in the axial direction and the one which supports the highest load before failing through linear buckling. When compressed, the square cell structure shows, particularly, negligible radial displacement. Although, it presents low resistance to linear buckling. The structures with hexagonal cells result in the lightest weight, the highest radial displacement when compressed and the highest axial displacement when submitted to internal pressure. The reentrant auxetic cells shows the highest axial flexibility and low resistance to buckling. But when exposed to internal pressure, they result in the lowest stress values.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10562
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