Estudo comparativo entre os aços galvanizado S235 e inox 304 aplicados na construção de torre de resfriamento submetida a ação dinâmica e comportamento não linear

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Filho, Paulo Almir Borges de Sousa
Orientador(a): Rubert, José Benaque lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMec
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/17688
Resumo: The present investigation is focused on the evaluation of two types of steel, stainless 304 and galvanized S235, applied in steel structures builds commonly present in cooling towers. This equipment is widely found in industries, such as sugar and alcohol, and can be exposed to corrosion according to the properties of the fluids inherent to the process. This coupled with vibrations can make them more susceptible to failure. It is necessary to analyze the structural integrity, checking critical points and the displacements, loads and tensions of the entire structure. The analysis is based on the direct stiffness method, using bar and truss elements in a three-dimensional reference system, with static and dynamic modules. For the time-dependent analysis, Newmark's algorithm is applied considering the system unconditionally stable with respect to the adopted time increment. A bilinear constitutive model with linear hardening is used to describe the elastic-plastic behavior of the materials, while corrosion is considered as a homogeneous reduction in the cross-sectional area of the bars. To solve the non-linear finite element problem, routines were written in Fortran and examples from the literature were analyzed in order to check the accuracy of the results. In the case study, the input loads were based on data collected through software in field analysis. Static and dynamic analyzes are performed for both materials, with and without corrosion, establishing a comparison between the effects of nonlinearities and the structure response according to the materials used. The results prove the better behavior of stainless steel 304 compared to galvanized structural steel S235 W, when 50% corrosion is induced in part of the structure, especially when analyzing the response in the plastic phase of the elements. Critical elements are identified in order to propose a corrective intervention to prevent the collapse of the structure.
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This equipment is widely found in industries, such as sugar and alcohol, and can be exposed to corrosion according to the properties of the fluids inherent to the process. This coupled with vibrations can make them more susceptible to failure. It is necessary to analyze the structural integrity, checking critical points and the displacements, loads and tensions of the entire structure. The analysis is based on the direct stiffness method, using bar and truss elements in a three-dimensional reference system, with static and dynamic modules. For the time-dependent analysis, Newmark's algorithm is applied considering the system unconditionally stable with respect to the adopted time increment. A bilinear constitutive model with linear hardening is used to describe the elastic-plastic behavior of the materials, while corrosion is considered as a homogeneous reduction in the cross-sectional area of the bars. To solve the non-linear finite element problem, routines were written in Fortran and examples from the literature were analyzed in order to check the accuracy of the results. In the case study, the input loads were based on data collected through software in field analysis. Static and dynamic analyzes are performed for both materials, with and without corrosion, establishing a comparison between the effects of nonlinearities and the structure response according to the materials used. The results prove the better behavior of stainless steel 304 compared to galvanized structural steel S235 W, when 50% corrosion is induced in part of the structure, especially when analyzing the response in the plastic phase of the elements. Critical elements are identified in order to propose a corrective intervention to prevent the collapse of the structure.A presente investigação está focada na avaliação de dois tipos de aço, o inox 304 e o galvanizado S235, aplicados na construção de estruturas de aço utilizadas em torres de resfriamento. Estes equipamentos são amplamente encontrados em indústrias, como por exemploa sucroalcooleira, e podem ser expostos à corrosão de acordo com as propriedades dos fluidos inerentes ao processo. Isto associado com vibrações do sistema podem torná-los mais susceptíveis à falha. É necessária a análise da integridade estrutural, verificando pontos críticos e os deslocamentos, carregamentos e tensões de toda a estrutura. A análise é baseada no método da rigidez direta, utilizando elementos do tipo barra em um sistema de referência tridimensional, com módulos estático e dinâmico. Para a análise dependente do tempo, o algoritmo de Newmark é aplicado considerando o sistema incondicionalmente estável com relação ao incremento de tempo adotado. Um modelo constitutivo bilinear com endurecimento linear é utilizado para descrever o comportamento elasto-plástico dos materiais, enquanto a corrosão é considerada como uma redução homogênea na área de seção transversal das barras. Para resolução do problema de elementos finitos não-linear, foram escritas rotinas em Fortran e exemplos da literatura foram analisados de modo a conferir a acurácia dos resultados. No estudo de caso, os carregamentos de entrada foram baseados em dados coletados através de software em análise de campo. Análises estática e dinâmica são executadas para ambos os materiais, sob corrosão ou não, estabelecendo uma comparação entre os efeitos das não linearidades e a resposta da estrutura de acordo com os materiais empregados. Os resultados comprovam a superioridade do aço Inox 304 comparado ao aço estrutural galvanizado S235 W, quando induzida uma corrosão em 50% em parte da estrutura, em especial quando analisada a resposta em fase plástica dos elementos. Elementos críticos são identificados de modo a propor uma intervenção em caráter corretivo para prevenção do colapso da estrutura.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMecUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessDinâmica não-linearNão-linearidade físicaSimulação computacionalCorrosãoEstrutura de açoNon-linear dynamicsPhysical nonlinearitiesNumerical simulationCorrosionSteel structuresENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOSENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAOEstudo comparativo entre os aços galvanizado S235 e inox 304 aplicados na construção de torre de resfriamento submetida a ação dinâmica e comportamento não linearComparative study between galvanized steel S235 and stainless steel 304 applied in a cooling tower structure under dynamic and non-linear behaviorinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600ab99e8f7-788b-4d1b-8c9e-2dd51c2b8011reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDefesa_Paulo-homologacao_final_04-04.pdfDefesa_Paulo-homologacao_final_04-04.pdfapplication/pdf5391658https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/8fd28147-fe93-4012-a2bd-51e6b1fe1424/downloadbc18c5b7cc8e888c5c625afb50239199MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ade0ce48-9fa2-405c-b8a5-4e0a5cc62835/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREADTEXTDefesa_Paulo-homologacao_final_04-04.pdf.txtDefesa_Paulo-homologacao_final_04-04.pdf.txtExtracted texttext/plain133990https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/97154283-cfdd-48cf-9d47-e9c613d66d11/downloadef73e7e4179e0be2def86bfaa111f5bbMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILDefesa_Paulo-homologacao_final_04-04.pdf.jpgDefesa_Paulo-homologacao_final_04-04.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9979https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d39f6274-5330-4511-a4e7-7d0b8e5cf930/downloadc9c8a11af9c65ff722df320df5ff3d96MD54falseAnonymousREAD20.500.14289/176882025-02-05 23:17:42.332http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/17688https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T02:17:42Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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