Análise de tensões em tubulações compósitas híbridas

Abstract

Este trabalho vem propor uma metodologia para as análises experimental e teórica de tubulações, fabricadas pelo processo de bobinagem filamentar e submetidas à pressão hidrostática interna. Serão analisadas tubulações compósitas híbridas, com diâmetros nominais de 100 mm, comprimento de 500 mm e ângulos de bobinagem de 90 e 55. Os experimentos consistem de quatro tubos de PVC, reforçados externamente com fibras de vidro-E impregnadas com resina epóxi. Desta forma, o PVC agirá como selante, e o compósito será o reforço para que tal tubo tenha sua rigidez aumentada e suporte pressões superiores à do selante, se testado isoladamente. Análises experimentais e numéricas foram realizadas a fim de se determinar as tensões e deformações atuantes na tubulação, bem como as pressões de falha destas. As pressões experimentais foram, em média, de 2,25 MPa para 90 de bobinagem e de 4,07 MPa para aquele bobinado a 55. Estes resultados foram comparados com simulações numéricas baseadas no método dos elementos finitos e as respectivas correlações são discutidas no texto. Os tubos foram estudados para se verificar a influência de reforços compósitos bobinados em tubulações de PVC. Serão apresentados diagramas da resultante de momento e tensões de membrana das tubulações pressurizadas, bem como os deslocamentos radiais e axiais. Propostas para a utilização de tubos híbridos de PVC e reforço de vidro-E/epóxi bobinado serão sugeridas e analisadas. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work presents a methodology for theoretical and experimental analysis of industrial pipes, manufactured by the filament winding process and subjected to hydrostatic internal pressure. Hybrid composite pipes, with nominal diameters of 100 mm, total length of 500 mm winding angles of 90 and 55 will be analyzed. The experiments will consist of four PVC tubes externally reinforced with wound glass-E fibers and impregnated with epoxy resin. The PVC will act as a liner and the composite layers as a reinforcing wall, in order to increase the stiffness and the failure pressure, in comparison with the liner itself. The experimental and theoretical analyzes were carried out in order to determinate the strains and stresses that take place in those pipes, as well as their failure pressures. The average experimental pressures were 2.25 MPa, for the pipes with 90 of winding angle, and 4.07 MPa for those with 55. These results were compared with numerical simulations based on the finite element method and the respective correlations were discussed in the text. The pipes were studied in order to verify the influence of the composite repair in PVC pipes. Diagrams of stresses and bending moments resultants of the pipes, as well as radial and axial displacements will be shown. Suggestions for the use of such pipes will be presented and analyzed.