Material Modelling and Failure Study of Different Fiber Reinforced Composites for Pressure Vessel
Modelado de materiales y estudio de fallas de diferentes compuestos reforzados con fibra para recipientes a presión
Modelagem de materiais e estudo de falha de diferentes compósitos reforçados com fibras para vasos de pressão
| 2023 | |
|
Recipientes a presión Compuestos Reforzados Compuestos de Fibra Modelado Pressure Vessels Reinforced Composites Fiber Composites Modelling Vasos de Pressão Compósitos Reforçados Compósitos de Fibra Modelagem |
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| Español | |
| Universidad de Montevideo | |
| REDUM | |
| http://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1145 | |
| Acceso abierto | |
| Atribución 4.0 Internacional |
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|---|---|
| author | Shazad, Atif |
| author2 | Jadoon, Junaid Uzair, Muhammad Muzammil, Muhammad |
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| dc.description.en-US.fl_txt_mv | Pressure vessels are essential industrial tools regarding storage of high-pressure fluids. Utilization of pressure vessels in ordinary industrial environment impose serious dangers to human life in case of failure. Manufacturing material and working pressure as per material’s strength are necessary arguments for a pressure vessel designer. In this study, five composite materials are selected to investigate the behavior of pressure vessels under high pressure. FEA technique is used to check stresses and deformations in different composite layers. Pressure applied to all materials models in this study is around 20 MPa. Tsai Wu and Maximum stress theories are used to study failure in first two composite layers of different composite materials. Glass Epoxy composites perform well in terms of static loading failure. They demonstrate reasonable strength without experiencing failure in the second layer. T300/976 composites are also suitable for the intended loading conditions of the model because did not exhibit second layer failure, making them a viable option. Therefore, it is recommended to use Glass/Epoxy and T300/976 composites in extreme pressure conditions such as those found in CNG cylinders. Three of the composite materials tested did not satisfy the failure theories. Hence, it is not safe to use them in extreme loading conditions. Although these materials did not show any failure in the first layer, deformations in the second layer made them susceptible to failure. |
| dc.description.es-ES.fl_txt_mv | Los recipientes a presión son herramientas industriales esenciales para el almacenamiento de fluidos a alta presión. La utilización de recipientes a presión en el entorno industrial ordinario impone serios peligros para la vida humana en caso de falla. El material de fabricación y la presión de trabajo según la resistencia del material son argumentos necesarios para un diseñador de recipientes a presión. En este estudio, se seleccionan cinco materiales compuestos para investigar el comportamiento de los recipientes a presión bajo alta presión. La técnica FEA se utiliza para comprobar tensiones y deformaciones en diferentes capas compuestas. La presión aplicada a todos los modelos de materiales en este estudio es de alrededor de 20 MPa. Las teorías de Tsai Wu y la tensión máxima se utilizan para estudiar la falla en las dos primeras capas compuestas de diferentes materiales compuestos. Los compuestos de epoxi de vidrio funcionan bien en términos de falla de carga estática. Demuestran una fuerza razonable sin experimentar fallas en la segunda capa. Los compuestos T300/976 también son adecuados para las condiciones de carga previstas del modelo porque no presentaron fallas en la segunda capa, lo que los convierte en una opción viable. Por lo tanto, se recomienda utilizar compuestos de vidrio/epoxi y T300/976 en condiciones de presión extrema, como las que se encuentran en los cilindros de GNC. Tres de los materiales compuestos probados no cumplieron con las teorías de falla. Por lo tanto, no es seguro usarlos en condiciones de carga extremas. Si bien estos materiales no presentaron falla alguna en la primera capa, las deformaciones en la segunda capa los hicieron susceptibles a la falla. |
| dc.description.pt-BR.fl_txt_mv | Vasos de pressão são ferramentas industriais essenciais para o armazenamento de fluidos sob alta pressão. A utilização de vasos de pressão em ambiente industrial comum impõe sérios perigos à vida humana em caso de falha. O material de fabricação e a pressão de trabalho de acordo com a resistência do material são argumentos necessários para um projetista de vasos de pressão. Neste estudo, cinco materiais compósitos são selecionados para investigar o comportamento de vasos de pressão sob alta pressão. A técnica FEA é usada para verificar tensões e deformações em diferentes camadas compostas. A pressão aplicada a todos os modelos de materiais neste estudo é de cerca de 20 MPa. As teorias de Tsai Wu e tensão máxima são usadas para estudar a falha nas duas primeiras camadas compostas de diferentes materiais compostos. Os compósitos de vidro epóxi têm bom desempenho em termos de falha de carga estática. Eles demonstram resistência razoável sem sofrer falha na segunda camada. Os compósitos T300/976 também são adequados para as condições de carregamento pretendidas do modelo, pois não apresentaram falha na segunda camada, tornando-os uma opção viável. Portanto, recomenda-se a utilização dos compósitos Vidro/Epóxi e T300/976 em condições extremas de pressão como as encontradas em cilindros de GNV. Três dos materiais compósitos testados não satisfizeram as teorias de falha. Portanto, não é seguro usá-los em condições extremas de carregamento. Embora esses materiais não apresentassem nenhuma falha na primeira camada, as deformações na segunda camada os tornavam suscetíveis à falha. |
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| description | Pressure vessels are essential industrial tools regarding storage of high-pressure fluids. Utilization of pressure vessels in ordinary industrial environment impose serious dangers to human life in case of failure. Manufacturing material and working pressure as per material’s strength are necessary arguments for a pressure vessel designer. In this study, five composite materials are selected to investigate the behavior of pressure vessels under high pressure. FEA technique is used to check stresses and deformations in different composite layers. Pressure applied to all materials models in this study is around 20 MPa. Tsai Wu and Maximum stress theories are used to study failure in first two composite layers of different composite materials. Glass Epoxy composites perform well in terms of static loading failure. They demonstrate reasonable strength without experiencing failure in the second layer. T300/976 composites are also suitable for the intended loading conditions of the model because did not exhibit second layer failure, making them a viable option. Therefore, it is recommended to use Glass/Epoxy and T300/976 composites in extreme pressure conditions such as those found in CNG cylinders. Three of the composite materials tested did not satisfy the failure theories. Hence, it is not safe to use them in extreme loading conditions. Although these materials did not show any failure in the first layer, deformations in the second layer made them susceptible to failure. |
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They demonstrate reasonable strength without experiencing failure in the second layer. T300/976 composites are also suitable for the intended loading conditions of the model because did not exhibit second layer failure, making them a viable option. Therefore, it is recommended to use Glass/Epoxy and T300/976 composites in extreme pressure conditions such as those found in CNG cylinders. Three of the composite materials tested did not satisfy the failure theories. Hence, it is not safe to use them in extreme loading conditions. Although these materials did not show any failure in the first layer, deformations in the second layer made them susceptible to failure.Los recipientes a presión son herramientas industriales esenciales para el almacenamiento de fluidos a alta presión. La utilización de recipientes a presión en el entorno industrial ordinario impone serios peligros para la vida humana en caso de falla. El material de fabricación y la presión de trabajo según la resistencia del material son argumentos necesarios para un diseñador de recipientes a presión. En este estudio, se seleccionan cinco materiales compuestos para investigar el comportamiento de los recipientes a presión bajo alta presión. La técnica FEA se utiliza para comprobar tensiones y deformaciones en diferentes capas compuestas. La presión aplicada a todos los modelos de materiales en este estudio es de alrededor de 20 MPa. Las teorías de Tsai Wu y la tensión máxima se utilizan para estudiar la falla en las dos primeras capas compuestas de diferentes materiales compuestos. Los compuestos de epoxi de vidrio funcionan bien en términos de falla de carga estática. Demuestran una fuerza razonable sin experimentar fallas en la segunda capa. Los compuestos T300/976 también son adecuados para las condiciones de carga previstas del modelo porque no presentaron fallas en la segunda capa, lo que los convierte en una opción viable. Por lo tanto, se recomienda utilizar compuestos de vidrio/epoxi y T300/976 en condiciones de presión extrema, como las que se encuentran en los cilindros de GNC. Tres de los materiales compuestos probados no cumplieron con las teorías de falla. Por lo tanto, no es seguro usarlos en condiciones de carga extremas. Si bien estos materiales no presentaron falla alguna en la primera capa, las deformaciones en la segunda capa los hicieron susceptibles a la falla.Vasos de pressão são ferramentas industriais essenciais para o armazenamento de fluidos sob alta pressão. A utilização de vasos de pressão em ambiente industrial comum impõe sérios perigos à vida humana em caso de falha. O material de fabricação e a pressão de trabalho de acordo com a resistência do material são argumentos necessários para um projetista de vasos de pressão. Neste estudo, cinco materiais compósitos são selecionados para investigar o comportamento de vasos de pressão sob alta pressão. A técnica FEA é usada para verificar tensões e deformações em diferentes camadas compostas. A pressão aplicada a todos os modelos de materiais neste estudo é de cerca de 20 MPa. As teorias de Tsai Wu e tensão máxima são usadas para estudar a falha nas duas primeiras camadas compostas de diferentes materiais compostos. Os compósitos de vidro epóxi têm bom desempenho em termos de falha de carga estática. Eles demonstram resistência razoável sem sofrer falha na segunda camada. Os compósitos T300/976 também são adequados para as condições de carregamento pretendidas do modelo, pois não apresentaram falha na segunda camada, tornando-os uma opção viável. Portanto, recomenda-se a utilização dos compósitos Vidro/Epóxi e T300/976 em condições extremas de pressão como as encontradas em cilindros de GNV. Três dos materiais compósitos testados não satisfizeram as teorias de falha. Portanto, não é seguro usá-los em condições extremas de carregamento. 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