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Progettazione di un serbatoio in pressione Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO.

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Presentazione sul tema: "Progettazione di un serbatoio in pressione Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO."— Transcript della presentazione:

1 Progettazione di un serbatoio in pressione Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO

2 PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE Si debba realizzare un serbatoio cilindrico con calotte emisferiche atto a contenere fluido in pressione. Tale serbatoio abbia le seguenti dimensioni: TRACCIA L D int Lunghezza L: = 1000mm Diametro interno D int : = 300mm

3 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm: 1)si rappresenti la curva caratteristica del materiale riportata in figura 2-a con un modello bi-lineare del tipo rappresentato in figura 2-b indicando le grandezze necessarie alla sua completa definizione (si assuma in prima approssimazione lidentità tra grandezze vere e ingegneristiche); Y U U Y E EPEP Sforzo [MPa] Deformazioni [%]

4 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA 2)si determini la nuova curva del materiale e la relativa approssimazione bi-lineare dopo lo stiro uniassiale; Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm:

5 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA 3)si determini il raggio di piegatura R P da applicare durante il processo di calandratura per ottenere la curvatura finale del cilindro (si trascuri l'incrudimento che avviene durante la piegatura – Y =cost) ; [Rif. Cap.13] Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm:

6 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA 4)si verifichi la fattibilità di tale operazione tecnologica; RPRP R P + t Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm:

7 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA 5)si determini il valore dello sforzo di snervamento nelle fibre esterne, dopo il processo di piegatura. Utilizzare sia un approccio grafico/geometrico, sia la funzione di snervamento in regime monodimensionale con incrudimento isotropo lineare di seguito riportata: dove: H = 529.1MPa Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm:

8 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA 5)si determini il valore dello sforzo di snervamento nelle fibre esterne, dopo il processo di piegatura. Approccio grafico/geometrico: Determinazione della retta che rappresenta il tratto plastico del modello bi-lineare del materiale: Y U U Y E EPEP max *= *( max ) *= max max Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm:

9 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA 5)si determini il valore dello sforzo di snervamento nelle fibre esterne, dopo il processo di piegatura. Con funzione di snervamento in regime monodimensionale con incrudimento isotropo lineare: dove: H = 529.1MPa dominio elastico dominio plastico rimane ai limiti di sviluppo di deformazioni plastiche Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm:

10 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE 6)si rappresenti la nuova curva sforzo-deformazione attesa per il materiale in corrispondenza delle fibre esterne dopo il processo di deformazione plastica a freddo confrontandola con la curva originale: TRACCIA Y U U Y E EPEP max Y U U Y E EPEP Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm:

11 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE 7)Si indichi quale/i trattamento/i potrebbero essere applicati per riportare il materiale ai valori di deformabilità iniziali e gli eventuali effetti negativi. TRACCIA Y U Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm:

12 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA a r c Simmetria assiale; Spessore costante e sottile (D/t>20); Carichi radiali e assiali assialsimmetrici; Diametro costante in direzione assiale. Ipotesi: 8)si determini la pressione interna al serbatoio al limite di snervamento delle fibre tese dello stesso assumendo il materiale come isotropo. Si applichi sia il criterio di snervamento di Von Mises sia il criterio di Guest Tresca. Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm:

13 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA Equilibrio in direzione assialeEquilibrio in direzione circonferenziale a a c c Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm: 8)si determini la pressione interna al serbatoio al limite di snervamento delle fibre tese dello stesso assumendo il materiale come isotropo. Si applichi sia il criterio di snervamento di Von Mises sia il criterio di Guest Tresca.

14 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE Sollecitazione radiale trascurabile; Direzioni circonferenziale, assiale, radiale sono direzioni principali; TRACCIA Applicazione di Von Mises e Guest Tresca Von Mises Guest Tresca P limite Ipotizzando di realizzare il serbatoio in acciaio inossidabile AISI 316 e di realizzare la parte cilindrica del serbatoio per deformazione plastica a freddo mediante stiro uniassiale a deformazione del 10% seguito da piegatura per calandratura di una lastra di spessore t=4mm: 8)si determini la pressione interna al serbatoio al limite di snervamento delle fibre tese dello stesso assumendo il materiale come isotropo. Si applichi sia il criterio di snervamento di Von Mises sia il criterio di Guest Tresca.

15 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE Si debba ora costruire il serbatoio con un materiale composito le cui caratteristiche principali sono riassunte in tabella 1. Ipotizzando di realizzare la parte cilindrica del serbatoio con un preimpregnato UD in fibra di carbonio di spessore t=0.3mm e contenuto di fibre in volume pari al 62%: TRACCIA 1)si individui una sequenza di laminazione tale che il serbatoio possa resistere ad una pressione interna di 60bar garantendo una variazione della circonferenza inferiore a 4mm. Al fine della progettazione effettuare le verifiche di resistenza utilizzando per il materiale i valori ammissibili di sforzo e deformazione riportati in tabella 2 (applicare sia il criterio della massima deformazione sia quello di Tsai-Hill). Ammissibili per tape UD in fibra di carbonio/epoxy Valori ammissibili di deformazione [mm/mm] X C X T Y C Y T S Valori ammissibili di sforzo [MPa] XCXC -750 XTXT 1245 YCYC -40 YTYT 30 S RinforzoFibre di carbonio Densit à r [g/cm3] 1.75 Modulo elastico fibre E a f [GPa]250 Modulo elastico fibre in direzione trasversale E t f [GPa]12 Modulo di elasticit à tangenziale fibre G ta f [GPa] 7 Coefficiente di Poisson fibre ta f [-] 0.2 MatriceEpoxy Densit à m [g/cm 3 ] 1.1 Modulo elastico matrice E m [GPa]4.2 Coefficiente di Poisson matrice m [-] 0.32

16 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA a)determinazione caratteristiche elastiche lamina in assi lamina (regola miscele) – [Rif. Cap. 32 e Es. 8] Si debba ora costruire il serbatoio con un materiale composito le cui caratteristiche principali sono riassunte in tabella 1. Ipotizzando di realizzare la parte cilindrica del serbatoio con un preimpregnato UD in fibra di carbonio di spessore t=0.3mm e contenuto di fibre in volume pari al 62%: Modello in paralleloModello in serie

17 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA a)determinazione caratteristiche elastiche lamina in assi lamina (regola miscele) – [Rif. Cap. 32 e Es. 8] Si debba ora costruire il serbatoio con un materiale composito le cui caratteristiche principali sono riassunte in tabella 1. Ipotizzando di realizzare la parte cilindrica del serbatoio con un preimpregnato UD in fibra di carbonio di spessore t=0.3mm e contenuto di fibre in volume pari al 62%: Modello in paralleloModello in serie File caratteristiche della singola lamina

18 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA a)determinazione caratteristiche elastiche lamina in assi lamina (regola miscele – modelli in serie) – [Rif. Cap. 32 e Es. 8] b)determinazione vettore dei carichi generalizzati X Y Z Si debba ora costruire il serbatoio con un materiale composito le cui caratteristiche principali sono riassunte in tabella 1. Ipotizzando di realizzare la parte cilindrica del serbatoio con un preimpregnato UD in fibra di carbonio di spessore t=0.3mm e contenuto di fibre in volume pari al 62%:

19 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA c)determinazione sequenza di laminazione mediante CLT scrittura file materiale - Es. Tape_UD_Carbon.dat; ( utilizzare le caratteristiche elastiche della lamina ottenute al punto a ); progettazione laminato e determinazione matrice di rigidezza ( applicazione CLT diretta - CLT_MAKE ); determinazione stato di deformazione del laminato a causa della pressione interna P ( applicazione CLT diretta – CLT_SOLVE imponendo vettore carichi determinato al punto b ); verifica soddisfacimento requisiti e verifiche di resistenza ( confronto deformazione con deformazione limite da requisiti di progetto e applicazione CLT_CRITERIA ). Si debba ora costruire il serbatoio con un materiale composito le cui caratteristiche principali sono riassunte in tabella 1. Ipotizzando di realizzare la parte cilindrica del serbatoio con un preimpregnato UD in fibra di carbonio di spessore t=0.3mm e contenuto di fibre in volume pari al 62%:

20 Prof. Giuseppe SALA Prof. Luca DI LANDRO PROGETTAZIONE DI UN SERBATOIO IN PRESSIONE TRACCIA 2)ipotizzando di realizzare la parete cilindrica mediante tecnologia Tape Placement, si progetti, analogamente al punto precedente, una sequenza di laminazione angle-ply con le fibre di rinforzo orientate a ± rispetto alla direzione X (direzione assiale). Si determini in particolare il valore di che minimizza lo spessore e si individui la sequenza di laminazione più efficiente tra quella equilibrata/bilanciata e quella equilibrata/simmetrica. Si debba ora costruire il serbatoio con un materiale composito le cui caratteristiche principali sono riassunte in tabella 1. Ipotizzando di realizzare la parte cilindrica del serbatoio con un preimpregnato UD in fibra di carbonio di spessore t=0.3mm e contenuto di fibre in volume pari al 62%:


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