dc.creator |
NEVES, Carlos Eustáquio dos Santos |
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dc.date.issued |
2023-09-29 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3952 |
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dc.description.abstract |
Hydrogen fuel cells for vehicles are entering the automotive market and many other markets,
offering benefits such as reduced harmful gas emissions, enhanced energy security, and increased
transportation efficiency. One of the major challenges in this field is the development of technologies
for storing hydrogen in a manner that allows safe transportation and storage from the production site
to the end consumer. Hydrogen storage requires a more sophisticated pressure storage vessel
compared to a gasoline tank, for example. The primary challenge with hydrogen storage cylinders
lies in their construction and design, particularly in identifying alternative materials and
configurations of different fibers that can withstand the rated internal working pressure. In this study,
numerical simulations will be conducted using the Finite Element Method (FEM) to evaluate various
laminate configurations, including different orientations and fiber thicknesses. The objective is to
assess the minimum probability of failure. To enhance computational efficiency, the Response
Surface Methodology (RSM) will be utilized to create an objective function, which will be optimized
using the Genetic Algorithm (GA). The ideal parameters of the pressure vessel will be validated using
the Method of Finite Elements (MEF). Initially, numerical simulations will be performed using FEM
on a type IV composite pressure vessel. A polyamide 6 (PA6) liner with a carbon fiber weave will be
considered, along with different orientations and constant thickness of the laminated layers. The
objective is to minimize the Tsai-Wu safety factor for each combination. Some data obtained from
the FEM will be used to create a customized inverse factor (IRF) response surface model. This model
will be used to determine the reserve strength of the material based on the Tsai-Wu Failure Criterion,
which adequately represents the influence of these parameters on the mechanical response of the
pressure vessel. Subsequently, the multi-objective optimization method of genetic algorithms will be
employed to find the optimal values of the design variables that ensure the lowest weight and
minimum probability of failure. The results demonstrate the effectiveness of this methodology, which
will then be validated using the Finite Element Method (FEM) to confirm the ideal parameters of the
pressure vessel. |
pt_BR |
dc.language |
por |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.subject |
Vaso de pressão compósito |
pt_BR |
dc.subject |
Método dos elementos finitos |
pt_BR |
dc.subject |
Metodologia de superfície de resposta |
pt_BR |
dc.subject |
Algoritmo genético multiobjetivo |
pt_BR |
dc.subject |
Fibra de carbono |
pt_BR |
dc.subject |
Armazenamento de hidrogênio |
pt_BR |
dc.title |
Otimização multiobjetivo de vaso de pressão tipo IV para armazenamento de hidrogênio usando método dos elementos finitos e metodologia de superfície de resposta |
pt_BR |
dc.type |
Dissertação |
pt_BR |
dc.date.available |
2023-12-01 |
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dc.date.available |
2023-12-01T14:52:03Z |
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dc.date.accessioned |
2023-12-01T14:52:03Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/2024126893896699 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
ANCELOTTI JUNIOR, Antônio Carlos |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/1216552811518794 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
MENDEZ, Yohan Ali Diaz |
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dc.contributor.advisor-co1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/2168595385359241 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
As células de combustível de hidrogênio para veículos estão entrando no mercado automotivo e em
muitos outros mercados, como sistemas de armazenamento estacionários e combustível aeroespacial
para foguetes, oferecendo benefícios como a redução das emissões de gases nocivos, maior segurança
energética e maior eficiência dos transportes. Um dos grandes desafios neste campo é o
desenvolvimento de tecnologias para armazenar hidrogénio de uma forma que permita o transporte e
armazenamento seguros desde o local de produção até ao consumidor final. O armazenamento de
hidrogênio requer um recipiente sob pressão mais sofisticado em comparação com um tanque de
combustível tradicional, por exemplo. O principal desafio do vaso de pressão para armazenamento
de hidrogênio reside na sua construção e no projeto, particularmente na identificação de materiais
alternativos e configurações de diferentes fibras que possam suportar a pressão interna nominal de
trabalho. Neste estudo, simulações numéricas serão realizadas utilizando o Método dos Elementos
Finitos (MEF) para avaliar diversas configurações de laminados, incluindo diferentes orientações e
espessuras de fibra. O objetivo é avaliar a probabilidade mínima de falha. Para aumentar a eficiência
computacional, a Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) será utilizada para criar uma função
objetivo, que será otimizada usando o Algoritmo Genético (AG). Os parâmetros ideais do vaso de
pressão serão validados através do Método dos Elementos Finitos (MEF). Inicialmente, simulações
numéricas serão realizadas utilizando FEM em um vaso de pressão composto tipo IV. Será
considerado um liner de poliamida 6 (PA6) com trama de fibra de carbono, juntamente com diferentes
orientações e espessura constante das camadas laminadas. O objetivo é minimizar o fator de
segurança Tsai-Wu para cada combinação. Alguns dados obtidos do FEM serão usados para criar um
modelo de superfície de resposta de fator inverso (IRF) personalizado. Este modelo será utilizado
para determinar a resistência de reserva do material com base no Critério de Falha Tsai-Wu, que
representa adequadamente a influência desses parâmetros na resposta mecânica do vaso de pressão.
Posteriormente, será empregado o método de otimização multiobjetivo de algoritmos genéticos para
encontrar os valores ótimos das variáveis de projeto que garantam o menor peso e a mínima
probabilidade de falha. Os resultados demonstram a eficácia desta metodologia, que será então
validada através do Método dos Elementos Finitos (MEF) para confirmar os parâmetros ideais do
vaso de pressão. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
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dc.publisher.department |
IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação |
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dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Elétrica |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UNIFEI |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
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dc.relation.references |
NEVES, Carlos Eustáquio dos Santos. Otimização multiobjetivo de vaso de pressão tipo iv para armazenamento de hidrogênio usando método dos elementos finitos e metodologia de superfície de resposta. 2023. 133 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2023. |
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