Obtención de demostrador de tanque ultraliviano de baja presión- Diseño geométrico, dimensionamiento empleando elementos finitos (FEM)

JUAN MORÁN; EXEQUIEL S. RODRIGUEZ

2019-07-01

2019-11-01

Espacio-Vehiculos y proyectos

En esta etapa del trabajo se procedió a diseñar un recipiente tipo V para una presión de 20 bares mediante la adaptación de los algoritmos desarrollados en convenios anteriores (Convenio "Desarrollo de materiales compuestos y técnicas de manufactura para la fabricación de tanques ultralivianos tipo V"). Con el fin de facilitar la etapa de fabricación se aplicaron dos restricciones al diseño. En primer lugar, la geometría de los casquetes o domos isotensoidales se restringió a una esfericidad mínima de 0.87. En segundo lugar, se limitó el número de ángulos de bobinado a cuatro ángulos distintos. En este trabajo se incorporaron las restricciones de fabricación al algoritmo de generación de recipientes. Las mismas fueron evaluadas en conjunto con las restricciones mecánicas que determinan el umbral de deformación admisible para evitar microfisuración (máxima deformación en el plano inferior a 0.5%). Con el fin de facilitar la fabricación de los end-boses metálicos, se adaptó la curvatura en las zonas de contacto para alcanzar un perfil semi-elíptico con una relación de 0.8. A continuación se procedió a evaluar el conjunto cuerpo cilíndrico/domo/ endbose mediante el método de elementos finitos con el fin de validar el diseño propuesto. Se incorporó el criterio de falla de Hashin que permite identificar los distintos mecanismos de falla que tienen lugar en el seno del material al ser solicitados mecánicamente. Se demostró que el tubular diseñado soporta la Presión de Operación (PO = 20 bar) y la Presión Mínima de Estallido (PME = 40 bar) sin evidenciar signos de iniciación de daño mecánico y presentando deformaciones máximas en el plano del laminado inferiores al umbral de microfisuración. El primer evento de falla por tensión ocurre a 86 bares, o el equivalente a 4.3 veces la presión de operación. Además, el diseño propuesto es resistente a la microfisuración hasta una presión interna de 42 bares.