Strength analysis of composite cables

Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) cables, due to their outstanding performance in terms of specific stiffness and strength, are usually found in civil construction applications and, more recently, in the Oil & Gas sector. However, experimental data and theoretical solutions for these cables are very limited. On the contrary, several theoretical and numerical approaches are available for isotropic cables (metallic wire ropes), some of them with severe simplifications, nonetheless showing good agreement with experimental data. In this study, experimental tensile results for 1×7 CRFP cables were compared to a simplified analytical model (assumed transversally isotropic) and to a 3D finite element model incorporating the experimental uncertainty in important input parameters: longitudinal elastic modulus, Poisson’s ratio, static friction coefficient and ultimate tensile strain. The average experimental breaking load of the cable was 190.25 kN (coefficient of variation of 1.74%) and the agreement with the numerical model predictions were good, with an average-value deviation of –1.15%, which is lower than the experimental variations. The simplified analytical model yielded a discrepancy above 10%, indicating that it needs further refinement although much less time consuming than the numerical model. These conclusions were corroborated by statistical analyses (i.e. Kruskal–Wallis and Mann-Whitney)

On the winding pattern influence for filament wound cylinders under axial compression, torsion, and internal pressure loads

An intrinsic characteristic of components manufactured by the filament winding process is a winding pattern formation during the processing. This paper aims at unlocking and understanding how the winding pattern influences the mechanical behaviour of filament wound cylinders under different boundary conditions. To realize this, a series of finite element models followed by an original geometric approach to generate the pattern are herein developed. Four different patterns and six different winding angles are modelled. These are also modelled by varying the number of layers towards understanding whether there is a correlation between the pattern and the number of layers or not. Three loading cases are considered: axial compression, pure torsion, and internal pressure. Key results reveal that the more layers are stacked to the cylinder, the less impactful is the winding pattern to all loading cases herein investigated

Sistema tracionador de intervenção compreendendo um umbilical

PETROBRASUniversidade Federal do Rio Grande do SulEngenhariaInformáticaDepositad

Analysis of a bus air suspension system

Visando reduzir custos e tempo no desenvolvimento de novos modelos de ônibus, o presente trabalho sugere uma formulação matemática que analisa a resposta dinâmica do sistema de suspensão. As análises são validadas através de um software específico para simulações de comportamento dinâmico de ônibus e caminhões. Tal software, através da excitação vertical do ônibus, analisa a resposta dinâmica do mesmo. A excitação vertical reproduz o efeito de irregularidades na pista, sendo o ônibus estudado do tipo 4x2, possuindo sete graus de liberdade. Após a validação do modelo matemático para um ônibus trafegando em pavimento irregular, o método de Monte Carlo foi utilizado para reduzir as acelerações as quais a massa suspensa é submetida, obtendo-se uma redução no valor de pico e no valor médio da aceleração no domínio tempo, bem como uma expressiva redução no pico de aceleração no domínio frequência.Focusing on reducing costs and time on the development of new buses models, the present work suggests a mathematic formulation which analyzes the suspension system’s dynamic response. The analyzes are validated through a specific software for buses and trucks dynamic behavior. This software, by vertically exciting the bus, analyzes its dynamic response. The vertical excitement reproduces the effect of irregularities on the road, being the studied bus of the 4x2 type, having seven degrees of freedom. After the mathematical model validation for a bus traveling on irregular road, the Monte Carlo method was used for reducing the acceleration which the sprung mass is submitted, obtaining a reduction in the acceleration peak value and in the average value in the time domain, as well as an expression reduction in the acceleration peak value of the frequency domain

Calibração de modelo numérico para simulação do comportamento mecânico de cabos poliméricos reforçados por fibra de carbono

Cabos são componentes estruturais utilizados desde a antiguidade, principalmente em aplicações onde o carregamento axial é elevado, enquanto a flexão e torção são relativamente baixos. Exemplos de aplicação atuais incluem sustentação de pontes, ancoragem de plataformas offshore, elevadores, transporte em minas, guindastes, entre outros. O estudo de seu comportamento mecânico envolve fatores que agregam considerável complexidade na elaboração de modelos numéricos ou analíticos que representem seu comportamento. Dentre esses fatores se destacam as tensões de contato que surgem entre as pernas do cabo à medida que deslizam em relação às outras, a geometria helicoidal, a rotação das pernas em torno da alma do cabo ao ser estendido (i.e., variação do ângulo da hélice do cabo) além de, no caso de cabos compósitos, um comportamento anisotrópico. Tendo em vista a indisponibilidade de uma solução analítica completa para cabos compósitos, buscou-se através do presente trabalho calibrar um modelo numérico elaborado em software comercial de elementos finitos, contemplando fatores comumente desprezados pelos modelos analíticos simplificados. Foram executados ensaios de tração na alma de cabos de compósitos com fibras de carbono de geometria 1×10 (nove fios envolvendo a alma) para determinar o módulo de elasticidade longitudinal e utilizada a teoria da micromecânica para avaliar as demais constantes de engenharia. O cabo foi modelado em tração, onde uma extremidade foi engastada e a outra teve rotação restrita e deslocamento longitudinal livre, e também em flexão em quatro pontos, deixando uma das extremidades com rotação livre e a outra com rotação e deslocamento longitudinal livre, com os demais graus de liberdade restritos. Em seguida foi conduzida uma análise de sensibilidade das principais variáveis que governam o problema, de onde se concluiu que o passo do cabo, o diâmetro de seus fios e o módulo de elasticidade longitudinal são as mais relevantes. O desvio da deformação de ruptura em tração e do deslocamento em flexão obtidos numericamente em relação aos dados experimentais obtidos foi de 10,8 % e 14,6 %, respectivamente. Após o processo de calibração, que fez uso do método de Programação Linear Sequencial para buscar o valor das variáveis de projeto que minimizassem o erro entre os dados experimentais e numéricos, o desvio encontrado reduziu para 2,4 % e 0,1 %, respectivamente.Wire ropes have been used since ancient times, especially in applications were the axial stress is high and flexural and torsional stresses are relatively low. Current application include bridges, offshore platforms, elevators, mine hoisting, cranes, among others. Study of their mechanical behavior encompasses many factors, bringing considerable complexity in the construction of numerical or analytical models that represent their behavior, including contact stresses between rods as they slide past one another, helical geometry, rotation of wires around the core when in extension (i.e. variation in helix angle) and also, for composite cables, the anisotropic behavior. In view of the unavailability of a comprehensive analytical solution, this work focuses on the calibration of a numerical model built on a finite element software incorporating factors commonly neglected by simplified analytical approaches. Tensile tests were performed on the core of carbon fiber composite cables, 1×10 geometry (nine rods surrounding the core), to evaluate its longitudinal elastic modulus and employed micromechanics theory to obtain the remaining engineering constants. The cable was then modeled under tensile stress, where one end was fully constrained and the other could not rotate but was free to move in the longitudinal direction. Under 4-point bending, where one end was free only to rotate, while the other was free to move in longitudinal direction and to rotate, whereas the remaining degrees of freedom were constrained. After that, sensitivity analysis of the main variables governing the problem was conducted, concluding that cable pitch, rod diameter and longitudinal elastic modulus of the rods are the most relevant parameters. Deviation between ultimate strain under tensile stress and displacement under bending numerically obtained with those from experiments were 10.8 % and 14.6 %, respectively. After the calibration process, which used Sequential Linear Programing to search for the design variables values that minimized error between numerical and experimental data, the finite element model could reproduce the tensile stress and bending behavior with deviations of 2.4 % and 0.1 %, respectively

Analysis of a bus air suspension system

Visando reduzir custos e tempo no desenvolvimento de novos modelos de ônibus, o presente trabalho sugere uma formulação matemática que analisa a resposta dinâmica do sistema de suspensão. As análises são validadas através de um software específico para simulações de comportamento dinâmico de ônibus e caminhões. Tal software, através da excitação vertical do ônibus, analisa a resposta dinâmica do mesmo. A excitação vertical reproduz o efeito de irregularidades na pista, sendo o ônibus estudado do tipo 4x2, possuindo sete graus de liberdade. Após a validação do modelo matemático para um ônibus trafegando em pavimento irregular, o método de Monte Carlo foi utilizado para reduzir as acelerações as quais a massa suspensa é submetida, obtendo-se uma redução no valor de pico e no valor médio da aceleração no domínio tempo, bem como uma expressiva redução no pico de aceleração no domínio frequência.Focusing on reducing costs and time on the development of new buses models, the present work suggests a mathematic formulation which analyzes the suspension system’s dynamic response. The analyzes are validated through a specific software for buses and trucks dynamic behavior. This software, by vertically exciting the bus, analyzes its dynamic response. The vertical excitement reproduces the effect of irregularities on the road, being the studied bus of the 4x2 type, having seven degrees of freedom. After the mathematical model validation for a bus traveling on irregular road, the Monte Carlo method was used for reducing the acceleration which the sprung mass is submitted, obtaining a reduction in the acceleration peak value and in the average value in the time domain, as well as an expression reduction in the acceleration peak value of the frequency domain

CONSTRUÇÃO DE OBJETOS DE APRENDIZAGEM EM DINÂMICA DE MÁQUINAS

4

CONSTRUÇÃO DE OBJETOS DE APRENDIZAGEM EM DINÂMICA DE MÁQUINAS

4