Design of a steam-heated sterilizer based on finite element method stress analysis

• Type: Article in International Scientific Journal
• Date: 2001

Authors

Jorge, RMN (Author) FEUP; Fernandes, AA (Author) FEUP

Journal

Title: International Journal of Pressure Vessels and Piping

Vol. 78

Pages: 627-635

ISSN: 0308-0161

Publisher: Elsevier

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Scientific classification

FOS: Engineering and technology > Mechanical engineering

Other information

Authenticus ID: P-000-TDY

DOI: 10.1016/s0308-0161(01)00078-3

Resumo (PT): : Neste trabalho apresenta-se o projecto de dimensionamento de um autoclave de esterilização. Como requisito, pretende-se que seja verificada a conformidade às regras de projecto consignadas no código ASME. O código ASME permite a realização do projecto segundo dois métodos: um que se baseia na aplicação de expressões analíticas para certas geometrias consideradas, que consta da secção VIII-Divisão 1; outro, que se baseia na decomposição de tensões e que consta no Apêndice 4 da secção VIII-Divisão 2 do referido código. Para efeitos de cálculo, o componente em causa é um reservatório de pressão de secção rectangular sobre o qual são soldados anéis, os quais funcionam como elementos de reforço do corpo. Estes anéis são também submetidos a pressão interna. Por outro lado, todo o componente é ainda submetido a variações de temperatura ao longo de um ciclo de trabalho. Devido à geometria do componente, bem como à complexidade das condições de carregamento optou-se por utilizar o método que se baseia na decomposição de tensões. Pelas mesmas razões, efectuou-se o cálculo do campo de deslocamentos, campo de deformações e de tensões recorrendo ao método dos elementos finitos. A verificação à fadiga é realizada por recorrência à fórmula de acumulação de dano em subciclos de fadiga tal como é especificado pelo código. O método dos elementos finitos mostrou ser um meio poderoso para o dimensionamento de reservatórios de pressão de geometrias complexas. De facto, começam a surgir tentativas de regulamentação no sentido do método ser cada vez mais utilizado.

Abstract (EN): A steam-heated sterilizer is a pressure vessel of rectangular cross section externally reinforced by members welded to the flat surfaces of the vessel. These members are pressure vessels too with rectangular cross section. The ASME code provides alternative rules (Division 2) for the design of pressure vessels based on a Design By Analysis route. The stresses on the sterilizer were computed by the finite element method followed by the calculation of the stress fields according to the classification established in the ASME code. Structural members with shell intersections (as in the present case) present difficulties due to problems of linearisation and categorisation. In the present work the shell stress resultants were used instead of smoothed stresses. The operating conditions of the vessel involve cyclic application of loads requiring design based on fatigue analysis.

Language: English

Type (Professor's evaluation): Scientific

No. of pages: 9