A first approach to structural health monitoring of adhesive bonded joints in pipelines using integrated fiber optic sensors

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2016
Autor(a) principal: Cabral, Thiago Destri
Orientador(a): Gonçalves Júnior, Armando Albertazzi
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Link de acesso: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/174702
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016.
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The high cost associated with conducting maintenance in hazardous and difficult to access areas, along with the prevalence of premature failure of adhesive bonded joints between composite material pipes, creates a demand for passive long-term monitoring techniques able to act as a bridge between scheduled inspections. This work explores the use of fiber optic sensors integrated into the bonded joints as a potential long-term solution. Several optical fiber sensors were studied and one was selected for testing purposes. Sensors were then integrated internally and externally to bonded joints between pipes with similar geometry to those used in oil and gas rigs. A series of non-destructive tests plus a destructive test were realized. Shearography and computed tomography, as supporting techniques, corroborate the capacity of the selected sensors and devised sensing strategy to detect the presence of voids and debondings at various stages of the pipeline?s life cycle.<br>O mar, a atmosfera salina, a incidência solar e a presença de fluidos corrosivos fazem de plataformas de prospecção de petróleo e gás ambientes hostis para a infraestrutura nelas instalada. Tubulações e itens estruturais metálicos vêm sendo substituídos por plásticos de engenharia e materiais compostos com alta eficiência estrutural e resistência à corrosão.Um material compósito é formado pela combinação, em escala macroscópica, de dois ou mais componentes com distintas características físicas e química, que quando combinados produzem um material cujas propriedades diferem das de seus constituintes.Visto que estes componentes também necessitam de inspeção e manutenção regular, tem-se a necessidade de desenvolvimento de múltiplas técnicas não-destrutivas de avaliação. O que levou à adaptação de técnicas como a termografia, holografia, shearografia, ultrassonografia e tomografia para a inspeção de compósitos.Ainda, o alto custo associado à realização de ensaios em áreas classificadas e de difícil acesso, conjuntamente com a prevalência de falhas prematuras em uniões adesivadas em tubulações de material composto, criam uma demanda por técnicas passivas de monitoramento a longo prazo capazes de atuar como uma ponte entre as inspeções periódicas.A união por adesivo é um processo testado, confiável e consolidado para unir substratos metálicos, plásticos, cerâmicos e compósitos. Apresenta como vantagens com relação às uniões parafusadas ou rebitadas massa reduzida, melhor distribuição de esforços mecânicos e melhor resistência à fadiga devido à maior flexibilidade e capacidade de inibição da propagação de trincas dos adesivos. Apesar disso são de difícil modelagem matemática, difícil manutenção e são consideradas como uniões permanentes. Este é o processo mais utilizado para unir tubulações de plástico e de compósito, tanto em aplicações na construção civil como na indústria.O presente trabalho explora a utilização de sensores de fibra óptica integrados às uniões adesivadas como potencial solução deste problema.Foram estudados diversos sensores de fibra óptica, como redes de Bragg, interferômetros de Fabry-Pérot e sensores distribuídos com base em deflectometria. Alguns sensores capazes de medir múltiplos parâmetros também são apresentados.Para a realização de ensaios, sensores de fibra óptica foram integrados interna e externamente a uniões adesivadas de tubulações de características similares às utilizadas em campo. Um total de doze fibras sensoras, contendo 3 redes de Bragg cada foram colocadas internamente à camada de adesivo das uniões para medir o campo de deformação axial no interior da união. Além disso, fibras mais longas contendo 12 redes de Bragg foram projetadas para serem enroladas externamente ao longo da circunferência das uniões.Uma série de ensaios não-destrutivos foram realizados, começando-se por testes de inserção dos sensores. Três uniões adesivadas foram instrumentadas, incluindo uma com defeitos planejados para fins de comparação.Por fim um dos corpos de prova foi ensaiado de maneira não-destrutiva para avaliar se a instrumentação integrada possui impacto negativo nas propriedades mecânicas das uniões. O corpo de prova ensaiado falhou em uma região distante da instrumentada, mas mais testes precisam ser realizados para que se estabeleça significância estatística de que a instrumentação não foi deletéria.Shearografia digital e tomografia computadorizada foram utilizadas como técnicas de apoio e corroboraram a capacidade dos sensores selecionados e da estratégia de medição adotada para a detecção da presença de vazios e falhas de adesão em várias etapas do ciclo de vida das uniões.<br>151 p.| il., grafs., tabs.engEngenharia mecânicaMateriais compostosAdesivosFibras ópticasDetectoresA first approach to structural health monitoring of adhesive bonded joints in pipelines using integrated fiber optic sensorsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL344789.pdfapplication/pdf9160244https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/174702/1/344789.pdf908c5a89c601a29ba651dda87d6c88b5MD51123456789/1747022017-04-11 01:16:20.504oai:repositorio.ufsc.br:123456789/174702Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestsandra.sobrera@ufsc.bropendoar:23732017-04-11T04:16:20Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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