Ingeniería Mecánica · 2020
Análisis de la integridad estructural en tuberías de material compuesto tejido mediante elementos finitos.
Las tuberías de material compuesto presentan numerosas ventajas respecto a otros materiales de transporte de fluido, uno de es por sus propiedades mecánicas, debido a que es la unión de dos o más materiales y están siendo usadas en industrias como la petroquímica. En este trabajo se realizó el análisis del daño progresivo mediante ensayos de tracción, compresión y el método de elementos finitos para una tubería de material tejido de fibra de vidrio bajo cargas, presiones y temperaturas habituales para este componente en servicio, además se realizó una independencia de malla para determinar la calidad a trabajar. Se caracterizó experimentalmente el material compuesto (fibras de vidrio Volan 232, Volan 325 y Woven Roving con matriz polimérica en base a resina epóxi) mediante ensayos de tracción ASTM D3039 y ASTM D5766 para compresión, se usó un modelo no lineal de daño progresivo basado en la mecánica del daño continuo. Además, se estudia la influencia del diámetro interno, el número de capas de fibras enlazadas, las presiones internas, temperatura del fluido interior y la distancia bajo suelo en la distribución de esfuerzos y el factor de seguridad. Este modelo es de gran utilidad para realizar estimaciones de vida remanente en tuberías enterradas.
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Contenido
- Introducciónp. 11
- 1. Objetivosp. 15
- 1.1 Objetivo Generalp. 15
- 1.2 Objetivos Específicosp. 15
- 2. Metodologíap. 16
- 2.1 Modelo geométricop. 16
- 2.1.1 Geometríap. 27
- 2.1.2 Selección del materialp. 16
- 2.1.3 Malladop. 17
- 2.1.4 Modelo de dañop. 18
- 2.2 Procedimiento experimentalp. 19
- 2.2.1 Diseño de probetasp. 20
- 2.2.2 Micrografía del material compuestop. 21
- 2.2.3 Ensayo de tracción, compresión y Open Holep. 21
- Resultadosp. 22
- 3.1 Resultados experimentalesp. 23
- 3.2 Modelo numéricop. 27
- 3.2.1 Dimensiones y condiciones de contornop. 27
- 3.2.2 Esfuerzos internos resultantes en tuberíasp. 28
- 3.2.3 Cálculo de la carga vertical para la tubería enterradap. 30
- 3.2.4 Condiciones de operación en el transporte de crudop. 32
- 3.2.5 Análisis ensayo Open Holep. 34
- 3.2.6 Daño progresivop. 37
- 4. Conclusionesp. 43
- 5. Recomendacionesp. 45
- Referencias Bibliográficasp. 46
- Tabla 1. Dimensiones de las probetas según las normasp. 20
- Tabla 2. Propiedades mecánicas de la fibra de vidrio mediante ensayos de tracciónp. 24
- Tabla 3.Propiedades mecánicas de ensayo de compresiónp. 25
- Tabla 4.Resultados de las fibras para el ensayo de Open Holep. 26
- Tabla 5. Dimensiones tubería material compuestop. 27
- Tabla 6.Esfuerzos registrados para las fibras de vidriop. 28
- Tabla 7. Propiedades del tipo de suelop. 30
- Tabla 8. Especificaciones de la tuberíap. 31
- Tabla 9. Respuesta del Volan 232 en función del número de capas y la profundidadp. 32
- Tabla 10. Respuesta del Volan 325 en función del número de capas y la profundidadp. 33
- Tabla 11. Respuesta del Woven Roving en función del número de capas y la profundidadp. 33
- Tabla 12. Valores experimentales y simulados de ensayo Open Holep. 35
- modelosp. 38
- Tabla 14. Resultados del modelo de dañop. 37
- Figura 1.Tubería de material compuesto. Fuente. www.fiberflex.com.exp. 12
- Figura 2. Malladop. 18
- Figura 3. Discretización de mallap. 18
- Figura 4. Elaboración de probetasp. 20
- Figura 5. Micrografía fibra Volan 325p. 21
- Figura 6. Ensayo de compresiónp. 22
- Figura 7. Probetas ensayo a tracciónp. 24
- Figura 8. Grafica Esfuerzo vs Deformación material Volan 232p. 25
- Figura 9. Probetas ensayo de compresiónp. 26
- Figura 10. Probetas Woven Roving ensayo Open Holep. 27
- Figura 11. Desplazamiento vs Número de capasp. 29
- Figura 12. Diagrama de Paretop. 35
- Figura 13. Resultado de daño para ensayo Open Holep. 38
- Figura 14. Análisis del fallo de la primerap. 40
- Figura 15. Fallo de la primera capap. 41
- Figura 16. Fallo completo en la capap. 41
- Figura 17. Estallido total de la tuberíap. 42