Analytical and numerical study of thermal stress in axisymmetric cylindrical shells

Este trabalho tem como objetivo estudar as solicitações térmicas axiais e circunferenciais provocadas por gradientes de temperaturas em cascas cilíndricas finas e longas. Essas estruturas quando submetidas a gradientes de temperatura, e possuindo restrições, geram tensões térmicas que devem ser consideradas na análise estrutural. A metodologia foi aplicada em tanques cilíndricos de concreto, onde se observou que tanto para o caso de produtos armazenados a quente quanto para temperatura ambiente as tensões térmicas são elevadas, podendo causar danos, tais como fissuras axiais e circunferenciais. Esta análise é realizada com comparações entre as equações analíticas desenvolvidas para condições de contorno apoiada e engastada com a solução numérica através do programa de Elementos Finitos ANSYS. No modelo numérico são realizadas análises mais complexas com a inclusão de fundo e tampa no cilindro que mostram uma significativa redução nos esforços calculados analiticamente nas bordas. Verificou-se uma precisão considerável nos resultados. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTThe object in this paper was study the axial and circumferential thermal stresses caused by temperature gradients in thin and long cylindrical shells. When these structures with some restrictions are subjected to temperature gradients are generated thermal stresses that must be considered in the structural analysis. The methodology was applied on cylindrical concrete tanks, where it was observed that the hot stored products and environment temperature can generate high thermal stresses that may cause damage, such as axial and circumferential cracks. This analysis was done with comparison between development analytically equations for supported and clamped boundary conditions and numerical solutions by finite element program ANSYS. The numerical model was done with more complex analyzes which include bottom and top plates in the cylinder that showed a great efforts reduction in comparison with they calculated analytically in the extremes. A considerable accuracy in the results was observed