APRESENT - Rafael de Souza Domingues

7/24/2019 APRESENT - Rafael de Souza Domingues

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Orientador Acadmico: Professor Me. Osvaldo Prado de RezendeOrientador Tcnico: Engenheiro Roberto Novaes Hering

Rafael de Souza Domingues

Desenvolvimento de Interface para o Teste deVibrao do Tanque de Hidrazina

Pressurizado para Aplicao em Satlites.

Trabalho de Concluso de Curso em Engenharia Industrial Mecnica

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SUMRIO INTRODUO

FUNDAMENTAO TERICA

DESENVOLVIMENTO

RESULTADOS

CONCLUSO

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APRESENTAO DO PROBLEMA

Desenvolvido na empresa Fibraforte;

Projeto FIBRAFORTE / FINEP - Tanque de Propelente para Satlites.

OBJETIVO

Desenvolvimento de dispositivo de teste de vibrao para tanque depropelente.

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INTRODUOFUNDAMENTAO

TERICADESENVOLVIMENTO RESULTADOS CONCLUSO


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METODOLOGIA

Projeto preliminar;

Anlise de requisitos;

Concepo de projeto; Anlise preliminar.

Configurao Final;

Aplicao de melhorias;

Anlises;

Detalhamento de Projeto.

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INTRODUOFUNDAMENTAO



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Vibraes Mecnicas

Fonte: BEER, Cinemtica e Dinmica, 2006

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Vibraes em satlites

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Vibraes Naturais e Ressonncia

Fonte: Adaptado de Avelino, 2005

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Modos de vibrao dependemprincipalmente:

Rigidez do corpo;

Fora de excitao aplicada ao

corpo;

Do apoio do corpo.

= . {}

Ressonncia

Fonte: Adaptado de Kelly, 1996

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Anlises de Vibrao

Analtico;

Computacional.

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Testes de vibrao

Vibradores (Shakers);

Interfaces.

Fonte: Catlogo Brel & Kjaer, 2011

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Tanques de propelente para satlites

Propelente: Lquido combustvel (Hidrazina);

Tanques: geometria e construo variados;

Classificados pela forma de expulso do propelente

(Figuras adaptadas dos papers AIAA95-2534, 1995; AIAA2007-5559, 2007; AIAA2002-4349, 2002 eBenedict, 2005) 8

Diafragma

Semi-esferaSemi-esfera

INTRODUOFUNDAMENTAO



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INTRODUOFUNDAMENTAO


Requisitos Tcnicos

Caractersticas do Tanque de Propelente;

Interfaceamento com o banco de testes.

Requisitos de projeto para a Interface de Vibrao

Fazer a interface mecnica entre o Shakerde 160kN do INPESJC, e o Tanque de Propelente em desenvolvimento.

Fazer interface com o sistema de aquisio de dados.

Suportar presso em caso de ruptura do espcime.

Suportar ensaio de vibrao senoidal de 100Hz.

Dever ser estanque.


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Estudos de Geometria para a Interface

INTRODUOFUNDAMENTAO


Critrio de seleo

Resistncia;

Custo;

Disponibilidade no mercado.

Ao Alumnio Magnsio Titnio

Mdulo de Young (E) [N/m] 20,7 x 1010 6,9 x 1010 4,14 x 1010 10,7 x 1010

Densidade () [g/cm] 7,84 2,77 1,80 4,51E/ [N.m/g] 2,65 x 1010 2,49 x 1010 2,30 x 1010 2,38 x 1010


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Tampos toriesfricos

Geometria comum;

Fabricvel em ao ASTM A-36(Estrutural);

Valor comercial favorvel;

INTRODUOFUNDAMENTAO



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ASME Seo VIII, Diviso I (Vasos de Presso)

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Projeto da base

Flange

Nervuras

HemisfrioInferior

PlacaBase

Pontos deIamento

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Estudo de furao da Placa Base

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INTRODUOFUNDAMENTAO



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Projeto da tampa

Parafuso deAlvio

Flange

HemisfrioSuperior

Pontos deIamento

INTRODUOFUNDAMENTAO



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O sistema de aquisio de dados

Fornecido pelo INPE;

Interface com instrumentao atravs de terminais (Feedtrough)

INTRODUOFUNDAMENTAO


Acelermetros

Cabos


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RESULTADOS

Anlise modal do Projeto Preliminar (Software Visual Nastran)

1 modo de vibrao : 344Hz.

Anlise demodos devibrao

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Melhorias aplicadas aps a primeira anlise

Reforo na Base

Reforos nas

nervuras

Novo Iamento

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Cargas obtidas nos parafusos e seus fatores e margens de segurana.

INTRODUOFUNDAMENTAO


Tenso CasoMaiorValor

Unidade FS MS

Trao nos parafusos 3 5595,0 MPa 17,5 16,5

Tenso Caso Maior Valor Unidade FS MS

Von Mises Externa 3 42,0 MPa 6,0 5,0

Caso 1: Von Mises ExternaCaso 1: Von Mises Interna


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Modos de vibrao

INTRODUOFUNDAMENTAO


1 Modo

2 Modo 3 Modo

4 Modo 5 Modo

Modo Valor Unidade

1 740

Hz

2 801

3 801

4 1124

5 1217


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Configurao final

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Etapa adicional ao projeto: Fabricao

INTRODUOFUNDAMENTAO


HemisfrioInferior(Base)

Hemisfrio

Superior(tampa)


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CONCLUSO

Fatores de segurana;

Frequncia Natural;

Segurana;

Fabricao.

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INTRODUOFUNDAMENTAO



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OBRIGADO!

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Flange

Clculos analticos de flexoe quantidade de parafusos;

Consideraes demontagem com o espcime;

Dificuldade de acesso:soluo: porca-flange.

Resultados : Tenses abaixode 250MPa (escoamento do

ao A-36)

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Caractersticas do Espcime

Presso de Operao 2

N/mm (2 MPa)

Volume total do tanque 40 litros

Volume de gspressurizado

10 litros

Volume de Propelente 30 litros

Frequncia Natural 200 Hz

Sistema de Fixao 12 parafusos M8

Forma de Pressurizao Com nitrognio, dentro dainterface, antes do teste.Contudo, j estar carregadocom gua, substituindo aHidrazina.

Shaker de ensaio 160kNINPE SJC

Dimenso do Espcime Esfera de dimetro 426 mm eespessura 0,7mm (casca deTitnio)

Requisitos de projeto para a Interface de Vibrao

Fazer a interface entre o Shakerde 160kN do INPESJC,e o Tanque de Propelente em desenvolvimento.

Suportar presso em caso de ruptura do espcime.

Suportar ensaio de vibrao senoidal de 100Hz.

Dever ser estanque.

Espcime a ser testado

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Verificao dos furos.

Imagens doShaker 160kN e Head ExpanderLIT - INPE

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Teste de pressurizao e estanqueidade dofeedthrough.

Presso de referncia: 2MPa

INTRODUOFUNDAMENTAO



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Anlise da nova configurao

(Software Visual Nastran)

Tenses nos parafusos

Tenses no conjunto (Von Mises)

Modos de vibrao

Especificao de anlise de tenses: separao em 3 casos, com

acelerao esttica requisitada no ensaio (20G):

1 Caso: Aplicao de presso de 0,4MPa

2 Caso: Aplicao de presso de 0,4MPa e acelerao de 20G no eixo X

3 Caso: Aplicao de presso de 0,4MPa e acelerao de 20G no eixo Z

Parafusos Valor Unidade

Tenso Mxima em Trao 1240,0 MPa

Carga Mxima em Trao 98059,2 N

Tenso Mxima emCisalhamento

930,0 MPa

Carga Mxima em

Cisalhamento

73544,4 N

Material da Interface Valor Unidade

Tenso de escoamento ASTM A-36 253 MPa

INTRODUOFUNDAMENTAO


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