Avaliação de integridade estrutural em dutos e tubulações de alta pressão utilizando metodologias baseadas em deformação plástica.

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Yerlin Andres Plata Uribe
Orientador(a): Claudio Ruggieri
Banca de defesa: Diego Felipe Sarzosa Burgos, Gustavo Henrique Bolognesi Donato, Miguel Mattar Neto, Thiago Pontin Tancredi
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade de São Paulo
Programa de Pós-Graduação: Engenharia Naval e Oceânica
Departamento: Não Informado pela instituição
País: BR
Link de acesso: https://doi.org/10.11606/T.3.2020.tde-28022020-160553
Resumo: Muitas das linhas dutoviárias utilizadas no transporte de petróleo e gás percorrem distâncias da ordem de centenas e até mesmo de milhares de quilômetros. Ao longo dessas distâncias as linhas podem estar sujeitas a cargas de grandes amplitudes, principalmente devido a movimentações decorrentes de diferenças geográficas e geológicas existentes ao longo do trajeto. As deformações plásticas decorrentes destes eventos podem afetar seriamente a integridade estrutural da linha dutoviária comprometendo sua integridade mecânica e a contenção do fluido em uma eventual ruptura da tubulação. Por este motivo é importante garantir a integridade estrutural destes componentes de forma a evitar sua instabilidade plástica ou fratura dúctil. Este trabalho explora a metodologia de células computacionais acoplada ao critério de dano SMCS (Stress Modified Critical Strain) para simular o comportamento da fratura dúctil em corpos de prova submetidos à tração e em dutos submetidos a grandes deformações longitudinais. Assim, este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um procedimento de engenharia para a avaliação da integridade estrutural de dutos, de forma a predizer a carga de início da fratura dúctil em tubulações utilizadas no transporte de petróleo e gás submetidas a grandes deformações plásticas. Uma série de ensaios de tração conduzidos por Toyoda et al. [1] para barras cilíndricas com diferente raio de entalhe, para um aço estrutural, fornece a resposta tensão-deformação utilizada para calibrar o critério de dano SMCS. Um teste de flexão cíclica (carga axial de compressão revertida por carga axial de tração) em grande escala desenvolvido por Toyoda et al. [1] para um duto de diâmetro externo 165mm e espessura de parede 11mm avalia o procedimento proposto para a predição do comportamento da fratura dúctil em tubulações com dano. Este estudo exploratório prediz a carga de fratura para tubulações associada ao início da fratura dúctil na área altamente danificada pelas deformações plásticas e na zona de flambagem, em boa concordância com as medições experimentais.
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spelling info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis Avaliação de integridade estrutural em dutos e tubulações de alta pressão utilizando metodologias baseadas em deformação plástica. A strain based criterion to assess the structural integrity of high pressure pipelines. 2019-11-13Claudio RuggieriRodolfo Figueira de SouzaDiego Felipe Sarzosa BurgosGustavo Henrique Bolognesi DonatoMiguel Mattar NetoThiago Pontin TancrediYerlin Andres Plata UribeUniversidade de São PauloEngenharia Naval e OceânicaUSPBR Critério SMCS Deformação plástica Ductil fracture Dutos Finite elements Fratura dúctil Integridade estrutural Plastic strain SMCS criterion Stress triaxiality Triaxialidade Tubulações Muitas das linhas dutoviárias utilizadas no transporte de petróleo e gás percorrem distâncias da ordem de centenas e até mesmo de milhares de quilômetros. Ao longo dessas distâncias as linhas podem estar sujeitas a cargas de grandes amplitudes, principalmente devido a movimentações decorrentes de diferenças geográficas e geológicas existentes ao longo do trajeto. As deformações plásticas decorrentes destes eventos podem afetar seriamente a integridade estrutural da linha dutoviária comprometendo sua integridade mecânica e a contenção do fluido em uma eventual ruptura da tubulação. Por este motivo é importante garantir a integridade estrutural destes componentes de forma a evitar sua instabilidade plástica ou fratura dúctil. Este trabalho explora a metodologia de células computacionais acoplada ao critério de dano SMCS (Stress Modified Critical Strain) para simular o comportamento da fratura dúctil em corpos de prova submetidos à tração e em dutos submetidos a grandes deformações longitudinais. Assim, este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um procedimento de engenharia para a avaliação da integridade estrutural de dutos, de forma a predizer a carga de início da fratura dúctil em tubulações utilizadas no transporte de petróleo e gás submetidas a grandes deformações plásticas. Uma série de ensaios de tração conduzidos por Toyoda et al. [1] para barras cilíndricas com diferente raio de entalhe, para um aço estrutural, fornece a resposta tensão-deformação utilizada para calibrar o critério de dano SMCS. Um teste de flexão cíclica (carga axial de compressão revertida por carga axial de tração) em grande escala desenvolvido por Toyoda et al. [1] para um duto de diâmetro externo 165mm e espessura de parede 11mm avalia o procedimento proposto para a predição do comportamento da fratura dúctil em tubulações com dano. Este estudo exploratório prediz a carga de fratura para tubulações associada ao início da fratura dúctil na área altamente danificada pelas deformações plásticas e na zona de flambagem, em boa concordância com as medições experimentais. Oil and gas pipelines traverse distances of the order of hundreds and even thousands of kilometers. Along those distances the pipelines may be subject to several accidental loads such as large-scale soil movement, slope slides and seabed movements. The plastic strain resulting from these events can seriously affect the structural integrity of pipelines, compromising its mechanical integrity and fluid containment in an eventual pipeline failure. For this reason, it is important to guarantee the structural integrity of those components in order to avoid their plastic instability or ductile fracture. This work explores the capability of computational cell methodology coupled with the Stress Modified Critical Strain (SMCS) damage criterion to simulate the behavior of ductile fracture in tensile specimens subjected to tension load and pipe specimens subjected to large longitudinal strains. Thus, this work focuses on the development of an engineering procedure to assess the structural integrity of pipelines, in order to predict the critical load (tensile failure load) at onset of ductile fracture in pipelines used to transport oil and gas subjected to large plastic strains. A series of tensile test conducted by Toyoda et al. [1] on tensile specimens with different notch radius, for a structural steel, provides the stress-strain response used to calibrate the SMCS damage criterion. Full scale cyclic bend test also performed by Toyoda et al. [1] on a pipe specimen with 165mm outer diameter and 11mm wall thickness evaluates the proposed procedure for predicting ductile fracture behavior in damaged pipelines. This exploratory study predicts the tensile failure load associated with the onset of ductile fracture in the highly damaged area by plastic strains inside buckling zone in good agreement with the experimental measurements. https://doi.org/10.11606/T.3.2020.tde-28022020-160553info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USP2023-12-21T20:19:43Zoai:teses.usp.br:tde-28022020-160553Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212020-03-02T17:31:01Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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