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Assessment of the ballistic performance of compositional and mesostructural functionally graded materials produced by additive manufacturingDaugherty, Timothy J. 06 August 2020 (has links)
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[pt] DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS BALÍSTICOS LAMINADOS / [en] DEVELOPMENT AND CARACTERIZATION OF BALLISTIC LAMINATED COMPOSITESMARCEL PASSOS ZYLBERBERG 09 June 2020 (has links)
[pt] Ameaças contra a vida, principalmente por disparos de armas de fogo,
impulsionam a pesquisa de novos materiais para fabricação de soluções para
proteção balística individual. Os compósitos poliméricos reforçados por fibras
de polietileno de ultra alto peso molecular revolucionaram esse campo nos
últimos 15 anos e têm sido extensivamente estudados, principalmente por suas
excepcionais propriedades mecânicas e baixa densidade, visando desenvolver
materiais com alta capacidade específica de absorção de energia. Em desacordo,
a produção desses compósitos é dominada por poucas empresas no mundo, e
sua disponibilidade relativamente limitada, além do fato das placas balísticas
serem materiais controlados e de domínio de fabricação restrito, o que dificultou
a obtenção de informações. Neste sentido, a presente pesquisa buscou projetar,
fabricar e caracterizar seis modelos de placas balísticas para proteção contra
disparo de munição de fuzil, utilizando diferentes tipos de compósitos (préimpregnados)
com a adição de camada da liga de titânio. A caracterização
contou com ensaios de FTIR do CBPF, TGA e DSC da PUC-Rio, ensaio
de tração (EMT) das fibras, de dureza, MEV e metalografia no CTEx. A
análise do desempenho das placas foi realizada no CAEx e contou com câmera
de ultra alta velocidade, equipamentos para ensaios balísticos e equipamento
de varredura 3D a laser. Os resultados dos ensaios foram mensurados pela
velocidade dos disparos e pela profundidade da deformação da face posterior
de 16 placas. Foi possível concluir que a fabricação de protótipos mantendo os
valores de espessura ou densidade de área da solução semelhante a de placas
controle somente em pré-impregnado foi eficiente. O emprego da chapa da liga
de Ti-6Al-4V com espessura de apenas 1mm se deu em substituição de até 30 por cento
do material pré-impregnado. Na situação limite, foi possível obter placas que
resistiram aos impactos de munição de fuzil com cerca de 95 por cento da velocidade
especificada na norma, dentro da tolerância de deformação posterior. / [en] Life threats, mainly from firearms, incentive research into new materials
for manufacturing personal ballistic protection. Polymer composites reinforced
with ultra high molecular weight polyethylene fiber have revolutionized this
field over the last 15 years and have been extensively studied, especially for
their exceptional mechanical properties and low density, to develop materials
with high specific energy absorption capacity. In disagreement, the production
of these composites is dominated by few companies in the world, and their
availability is relatively limited, besides the fact that ballistic plates are controlled
materials and restricted manufacturing domain, which made it difficult
to obtain information. In this sense, the present research aims to design, manufacture
and characterize six models of ballistic plates for protection against
firing of rifle ammunition, using different types of composites (prepregs) with
the addition of a titanium alloy layer. The characterization included FTIR at
CBPF, TGA and DSC tests at PUC-Rio, fiber tensile strength, SEM, and metallography
at CTEx. The plate performance analysis was performed at CAEx
and included an ultra high speed camera, ballistic testing equipment and 3D
laser scanning equipment. Test results were measured by firing speed and depth
of the back face deformation of 16 plates. It was possible to conclude that the
prototyping keeping the thickness or areal density values of the solution similar
to control plates only in prepreg was efficient. The use of Ti-6Al-4V alloy plate
with thickness of only 1mm by replacing up to 30 percent of prepreg material. In the
border situation, it was possible to obtain plates that withstood the impact of
rifle ammunition at about 95 percent of the speed specified in the standard, within
the back face deformation tolerance.
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Investigação do comportamento estrutural de tubos flexíveis sob cargas compressivas. / Investigation on the structural behavior of flexible pipes under compressive loads.Malta, Eduardo Ribeiro 10 June 2016 (has links)
Os tubos flexíveis são amplamente utilizados na produção de petróleo offshore, para transporte de petróleo bruto, óleo e gás natural. Pelo fato de operarem em um ambiente muito agressivo e estarem sujeitos a diversos tipos de carregamentos como pressão interna, pressões externas, tração, compressão, flexão e torção, eles possuem uma estrutura bastante complexa composta por diversas camadas concêntricas, com finalidades estruturais diversas, que interagem entre si. Em termos de carregamento, a compressão, em especial, seja ela dinâmica ou estática representa um problema para estes tubos. Embora eles sejam projetados para suportar altas cargas de tração, por meio de armaduras metálicas helicoidais, têm resistência limitada para cargas de compressão. A presença de tais esforços pode causar falhas por instabilidade radial das armaduras de tração. Este modo de falha, conhecido há mais de duas décadas, é denominado birdcaging, devido à forma característica assumida pelas armaduras. Além dessa instabilidade radial, as armaduras podem sofrer uma instabilidade lateral, a qual é igualmente catastrófica para os tubos flexíveis. Este trabalho consiste em uma investigação destes modos de falha com base em modelos numéricos, usando o Método dos Elementos Finitos. Com tais ferramentas, objetiva-se estudar a mecânica dos fenômenos de instabilidade de armadura de tração, juntamente com os efeitos causados pela alteração de parâmetros construtivos e ambientais nestes modos de falha. / Flexible pipes are widely employed in offshore oil production. Their functions include transporting of crude oil, natural gas, chemicals and water injection. Since they operate in aggressive environments and are subjected to loads such as internal and external pressure, tension, compression, bending and torsion, these pipes are built with a complex multilayered structure. In terms of loading, compression, specially, dynamic or static, present a problem to these pipes. Their tensile armor layers are particularly designed to withstand high levels of tension, but not for compression. The presence of such loads may cause radial instability failure on the armor layers. This failure mode, known for almost three decades, is called birdcaging, due to the peculiar shape assumed by the armor tendons at the post-buckling. Besides radial instability, the tensile armor layers may also suffer from lateral instability, which is equally catastrophic in the operation of flexible pipes. This work consists on an investigation of these failure modes based on numerical models, using the Finite Element Method. With these tools, the mechanism that governs these instability phenomena can be understood, along with the effects caused by the alteration of design and environmental parameters on the failure modes.
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A noção de couraça na obra de Wilhelm Reich: origens e considerações sobre o desenvolvimento humanoAlmeida, Bruno Henrique Prates de 27 April 2012 (has links)
Esta pesquisa teórica investiga o desenvolvimento da noção de couraça nos primeiros quinze anos da obra de Wilhelm Reich, de 1920 até 1935. Como objetivo central, buscamos responder a seguinte questão norteadora: qual(ais) o(s) sentido(s) de couraça no pensamento de Wilhelm Reich? Visamos, sobretudo, contribuir para o esclarecimento e a discussão dessa importante noção do pensamento reichiano. Em termos de método, a fim de acompanhar o percurso do pensamento do autor, abordamos a obra de acordo com sequência cronológica de publicação. Com essa orientação histórica, elencamos e analisamos textos que, a nosso ver, fornecem subsídios para a compreensão da noção em tela. Além disso, ficamos atentos a prováveis sinônimos e sentidos utilizados, mesmo que o termo propriamente dito não estivesse explicitamente citado. Como preparação do terreno, realizamos uma pesquisa etimológica sobre o termo couraça. Em seguida, elencamos dois autores - o filósofo francês Henri Bergson e o fundador da psicanálise Sigmund Freud - investigados devido à importância dos mesmos na construção do pensamento reichiano como um todo e, possivelmente também, em relação à noção de couraça. Em termos de resultados, os escritos de Reich analisados indicaram que as significações de couraça como defesa, proteção e resistência estão sempre presentes. Dentre os artigos acessados, localizamos a primeira aparição do vocábulo em 1922, como couraça narcísica. Constatamos que, para Reich, a couraça mantém contato com as realidades interna e externa, articula as noções de economia pulsional, ego e caráter, além de estar relacionada à operação do recalque. A princípio, é concebida na esfera psíquica, mas, gradativamente, passa a ser considerada, também, no âmbito somático, principalmente como hipertonia muscular crônica. Ainda, tecemos algumas relações com a visão de Bergson sobre o assunto e com a conceituação freudiana acerca do escudo protetor. Por fim, na esfera do tema saúde-doença, registramos algumas ponderações a respeito da relação entre a noção de couraça e o processo do desenvolvimento humano / This research examines the development of the notion of armor in the first fifteen years of Wilhelm Reich´s work, from 1920 until 1935. As the main goal, we aimed to answer the question: What is (are) the meaning(s) of the term armor in Wilhelm Reich´s thought? We had in view, above all, contribute to clear up and discuss this important notion in Reichian thought. In terms of method, in order to keep track of the author´s thinking route, we followed the chronological sequence of his publications. Based on this historical orientation, we focused and detailed the texts that, in our view, supplies subsidies for the comprehension about the notion of armor. Moreover, we drew our attention to the probable synonyms and meanings, even if the term was not cited. To begin, we researched the etymology of the term. Then, we listed two authors the French philosopher Henri Bergson and the founder of psychoanalysis Sigmund Freud investigated because of their importance on the construction of early Reich´s thought and, possibly, concerning the notion of armor. In terms of results, the analyzed Reich´s texts indicated that the significances of defense, protection and resistance are always present. Among the accessed articles, we localized the very first appearance of the word in 1922, as narcissistic armor. We verified that, to Reich, the armor keeps in contact with the inner e outer realities, articulates the notions of drive economy, ego and character, and has relations with the repression operation. In the beginning, it is conceived in the psychological sphere, but, gradually, it is considered in a somatic scope as well, especially as a chronic muscular hypertony. Yet, we wove some relations with Bergson´s view about the theme and with the freudians conception concerning the protective shield. Finally, under the health-disease angle, we pointed out some aspects and relations between the notion of armor and the human development process
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Avaliação de revestimento protetor de alumínio aplicado a arames da armadura de tração de dutos flexíveisCoser, Tiago Brun January 2016 (has links)
As recentes descobertas na camada pré-sal da costa brasileira geraram uma série de oportunidades e desafios tecnológicos que deverão ser enfrentados para se garantir o sucesso da exploração e produção de petróleo offshore em águas profundas e ultra-profundas. A alta presença de gás carbônico (CO2) e de gás sulfídrico (H2S) encontrada nas jazidas produzem potenciais efeitos de corrosão e fragilização nos componentes de aço utilizados em sistemas submarinos de produção de petróleo, dentre eles os dutos flexíveis. Esses dutos são submetidos à elevadas cargas geradas devido à lâmina da água profunda, sendo os arames da armadura de tração extremamente solicitados por sustentar os carregamentos. Tradicionalmente, arames da armadura de tração de dutos que irão operar em ambientes contendo H2S (sour) apresentam limite de resistência à tração máximo de 850 MPa, enquanto para ambientes onde esse gás não está presente (sweet), os limites de resistência são consideravelmente maiores podendo chegar a 1400 MPa. Amostras de arames da armadura de tração com limite de resistência à tração de 1400 MPa foram revestidas com alumínio através do processo de aspersão térmica a arco elétrico e a eficiência do revestimento em ambiente corrosivo contendo CO2 e H2S foi avaliada. Essa avaliação envolveu ensaios mecânicos e de caracterização, como medições da rugosidade superficial, análise da porosidade do revestimento, ensaios de dobramento, avaliação da susceptibilidade ao trincamento induzido por hidrogênio e sulfeto, ensaios de fadiga ao ar e corrosão-fadiga. Foi observado que o grau de porosidade do revestimento variou entre 5 e 10% e que a rugosidade superficial do substrato aumentou devido ao jateamento prévio ao processo de revestimento. Esse fato mostrou ser uma das causas principais para a deterioração da vida em fadiga ao ar dos arames revestidos quando comparados com arames sem revestimento, sendo comprovado através de análise por Microscopia Eletrônica de Varredura. Entretanto, para ensaios de corrosão-fadiga em ambiente contendo CO2 e H2S, o desempenho de arames revestidos mostrou-se notadamente superior, onde o acabamento superficial do substrato teve importância secundária. Através de ensaios de dobramento, foi possível verificar a alta capacidade do revestimento em suportar extensa deformação plástica. Através dos ensaios estáticos para se avaliar a susceptibilidade ao trincamento por hidrogênio e sulfeto foi possível verificar uma considerável corrosão da superfície de arames não revestidos devido ao ambiente agressivo. Ademais, uma trinca induzida por hidrogênio foi identificada em uma das amostras de arame sem revestimento, enquanto as amostras revestidas não apresentaram sinal de degradação nem trincamento. / Recent discoveries in Brazil pre-salt layer generated a series of technological opportunities and challenges that must be met to ensure the success of offshore oil exploration and production in deep and ultra-deepwater. The presence of high levels of carbon dioxide (CO2) and eventually hydrogen sulfide (H2S) found in the deposits, produce potential corrosion effects and embrittlement of steel components of subsea systems used in petroleum production, including flexible pipes. These equipments are subjected to high loads generated by deep water condition where tensile armor wires are extremely required for sustaining the loads. Traditionally, armor wires that will operate in environments containing H2S (sour) have maximum tensile strength of 850 MPa, while for environments where this gas is not present (sweet), the tensile strength is considerably larger reaching up to 1400 MPa. Armor wire samples with tensile strength of 1400 MPa were coated with pure aluminum by thermal arc spray process and the effectiveness of the coating in corrosive environment containing CO2 and H2S was evaluated. This evaluation included mechanical and characterization tests, such as surface roughness measurements, coating porosity analysis, bending tests, evaluation of susceptibility to cracking induced by hydrogen and sulfide and fatigue test in air and in corrosive environments. It was found that the coating porosity ranged between 5 and 10% and the substrate roughness increased due to grit blasting prior to the coating process. This fact proved to be one of the main causes for the deterioration of the fatigue life in air of the coated wires when compared with uncoated wires, being proven through analysis by Scanning Electron Microscopy. However, for corrosion fatigue tests in an environment containing CO2 and H2S, the performance of coated wires was found to be markedly higher, where the integrity of the substrate surface had secondary importance. Through bending tests, it was found the high capacity of the coating to support extensive plastic deformation. Static tests to evaluate the susceptibility to cracking by hydrogen and sulfides showed that uncoated armor wire surface corroded considerably due to the aggressive environment. In addition, a crack induced by hydrogen was identified in one of uncoated wire samples, while the coated samples showed no sign of degradation or cracking.
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A noção de couraça na obra de Wilhelm Reich: origens e considerações sobre o desenvolvimento humanoBruno Henrique Prates de Almeida 27 April 2012 (has links)
Esta pesquisa teórica investiga o desenvolvimento da noção de couraça nos primeiros quinze anos da obra de Wilhelm Reich, de 1920 até 1935. Como objetivo central, buscamos responder a seguinte questão norteadora: qual(ais) o(s) sentido(s) de couraça no pensamento de Wilhelm Reich? Visamos, sobretudo, contribuir para o esclarecimento e a discussão dessa importante noção do pensamento reichiano. Em termos de método, a fim de acompanhar o percurso do pensamento do autor, abordamos a obra de acordo com sequência cronológica de publicação. Com essa orientação histórica, elencamos e analisamos textos que, a nosso ver, fornecem subsídios para a compreensão da noção em tela. Além disso, ficamos atentos a prováveis sinônimos e sentidos utilizados, mesmo que o termo propriamente dito não estivesse explicitamente citado. Como preparação do terreno, realizamos uma pesquisa etimológica sobre o termo couraça. Em seguida, elencamos dois autores - o filósofo francês Henri Bergson e o fundador da psicanálise Sigmund Freud - investigados devido à importância dos mesmos na construção do pensamento reichiano como um todo e, possivelmente também, em relação à noção de couraça. Em termos de resultados, os escritos de Reich analisados indicaram que as significações de couraça como defesa, proteção e resistência estão sempre presentes. Dentre os artigos acessados, localizamos a primeira aparição do vocábulo em 1922, como couraça narcísica. Constatamos que, para Reich, a couraça mantém contato com as realidades interna e externa, articula as noções de economia pulsional, ego e caráter, além de estar relacionada à operação do recalque. A princípio, é concebida na esfera psíquica, mas, gradativamente, passa a ser considerada, também, no âmbito somático, principalmente como hipertonia muscular crônica. Ainda, tecemos algumas relações com a visão de Bergson sobre o assunto e com a conceituação freudiana acerca do escudo protetor. Por fim, na esfera do tema saúde-doença, registramos algumas ponderações a respeito da relação entre a noção de couraça e o processo do desenvolvimento humano / This research examines the development of the notion of armor in the first fifteen years of Wilhelm Reich´s work, from 1920 until 1935. As the main goal, we aimed to answer the question: What is (are) the meaning(s) of the term armor in Wilhelm Reich´s thought? We had in view, above all, contribute to clear up and discuss this important notion in Reichian thought. In terms of method, in order to keep track of the author´s thinking route, we followed the chronological sequence of his publications. Based on this historical orientation, we focused and detailed the texts that, in our view, supplies subsidies for the comprehension about the notion of armor. Moreover, we drew our attention to the probable synonyms and meanings, even if the term was not cited. To begin, we researched the etymology of the term. Then, we listed two authors the French philosopher Henri Bergson and the founder of psychoanalysis Sigmund Freud investigated because of their importance on the construction of early Reich´s thought and, possibly, concerning the notion of armor. In terms of results, the analyzed Reich´s texts indicated that the significances of defense, protection and resistance are always present. Among the accessed articles, we localized the very first appearance of the word in 1922, as narcissistic armor. We verified that, to Reich, the armor keeps in contact with the inner e outer realities, articulates the notions of drive economy, ego and character, and has relations with the repression operation. In the beginning, it is conceived in the psychological sphere, but, gradually, it is considered in a somatic scope as well, especially as a chronic muscular hypertony. Yet, we wove some relations with Bergson´s view about the theme and with the freudians conception concerning the protective shield. Finally, under the health-disease angle, we pointed out some aspects and relations between the notion of armor and the human development process
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A Case Study On The Submerged Berm Type Coastal Defense StructuresOzler, Basar 01 December 2004 (has links) (PDF)
Coastal defense structures are built in order to protect valuable coastal regions from the destructive effects of the waves. Due to the cost of coastal defense structures and the economical potential of the coastal regions, failure of such structures could cause loss of high amounts of investment. Therefore in the design and construction of coastal structures, it is of vital importance to achieve an optimum design which is not neither underdesigned nor overdesigned.
In this study, Submerged Berm type coastal defense structures with several different cross-sections were tested for stability under storm conditions. Damage analyses of the different models were carried out to compare the structure characteristics under storm conditions and to obtain the most economical and stable cross-section.
For the model studies, 5 different models were constructed by using Van der Meer&rsquo / s approach and berm design guidelines. Models were constructed with a model scale of 1:31.08 in the wave flume in the Coastal and Harbor Engineering Laboratory, Civil Engineering Department, METU. The newly designed and optimized berm type structure was proved to be successful and economical.
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An engineering approach to modelling ballistic impact on hybrid polymer laminatesBanan, Roshan, Aerospace, Civil & Mechanical Engineering, Australian Defence Force Academy, UNSW January 2009 (has links)
Hybrid polymer laminates of polycarbonate and PMMA have generated considerable interest among researchers as an alternative to traditional glass armours because of their potential for reduced cost and weight. Generally, the development of ballistic armour is carried out experimentally which is an expensive task in terms of time and cost. Numerical simulation provides a much greater facility to understand the phenomenon of ballistic impact and the effects of various parameters on the response to such impact. In addition it provides an easy means of comparing the impact performance of different materials as well as combination of materials forming hybrid laminates. The aim of this research was to develop a numerical modelling capability to simulate the ballistic response of hybrid polymer laminates, specifically polycarbonate and PMMA, using a commercially available finite element code LS-DYNA. The challenge was to work within the limitations of the material models and the failure algorithms available within LS-DYNA, and still try to reproduce the behaviour observed experimentally by previous researchers, initially on monolithic plates of polycarbonate and PMMA and then on hybrid laminates. The first part of the study focuses on a detailed literature survey on mechanical and dynamic characterisation of polycarbonate and PMMA as well as experimental and numerical studies previously conducted on ballistic behaviour of these materials as well as their combinations. The material properties of the polymers compiled from this literature survey were used as input for the selected LS-DYNA material model. Impact simulations were carried on monolithic and laminated media of polycarbonate and PMMA and where possible these were compared to experimental results. It was observed that the results agreed with the experimental data qualitatively. Quantitatively the results showed some discrepancies which were attributed to the limitations faced in simulating the exact test conditions numerically. Numerical simulations were carried out to study the effects of variations in laminate thickness and plate support diameters as well as to examine the influence of the bond between the layers. Finally the impact response of four different combinations of polycarbonate and PMMA are compared to each other for different laminate thicknesses.
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Avaliação de revestimento protetor de alumínio aplicado a arames da armadura de tração de dutos flexíveisCoser, Tiago Brun January 2016 (has links)
As recentes descobertas na camada pré-sal da costa brasileira geraram uma série de oportunidades e desafios tecnológicos que deverão ser enfrentados para se garantir o sucesso da exploração e produção de petróleo offshore em águas profundas e ultra-profundas. A alta presença de gás carbônico (CO2) e de gás sulfídrico (H2S) encontrada nas jazidas produzem potenciais efeitos de corrosão e fragilização nos componentes de aço utilizados em sistemas submarinos de produção de petróleo, dentre eles os dutos flexíveis. Esses dutos são submetidos à elevadas cargas geradas devido à lâmina da água profunda, sendo os arames da armadura de tração extremamente solicitados por sustentar os carregamentos. Tradicionalmente, arames da armadura de tração de dutos que irão operar em ambientes contendo H2S (sour) apresentam limite de resistência à tração máximo de 850 MPa, enquanto para ambientes onde esse gás não está presente (sweet), os limites de resistência são consideravelmente maiores podendo chegar a 1400 MPa. Amostras de arames da armadura de tração com limite de resistência à tração de 1400 MPa foram revestidas com alumínio através do processo de aspersão térmica a arco elétrico e a eficiência do revestimento em ambiente corrosivo contendo CO2 e H2S foi avaliada. Essa avaliação envolveu ensaios mecânicos e de caracterização, como medições da rugosidade superficial, análise da porosidade do revestimento, ensaios de dobramento, avaliação da susceptibilidade ao trincamento induzido por hidrogênio e sulfeto, ensaios de fadiga ao ar e corrosão-fadiga. Foi observado que o grau de porosidade do revestimento variou entre 5 e 10% e que a rugosidade superficial do substrato aumentou devido ao jateamento prévio ao processo de revestimento. Esse fato mostrou ser uma das causas principais para a deterioração da vida em fadiga ao ar dos arames revestidos quando comparados com arames sem revestimento, sendo comprovado através de análise por Microscopia Eletrônica de Varredura. Entretanto, para ensaios de corrosão-fadiga em ambiente contendo CO2 e H2S, o desempenho de arames revestidos mostrou-se notadamente superior, onde o acabamento superficial do substrato teve importância secundária. Através de ensaios de dobramento, foi possível verificar a alta capacidade do revestimento em suportar extensa deformação plástica. Através dos ensaios estáticos para se avaliar a susceptibilidade ao trincamento por hidrogênio e sulfeto foi possível verificar uma considerável corrosão da superfície de arames não revestidos devido ao ambiente agressivo. Ademais, uma trinca induzida por hidrogênio foi identificada em uma das amostras de arame sem revestimento, enquanto as amostras revestidas não apresentaram sinal de degradação nem trincamento. / Recent discoveries in Brazil pre-salt layer generated a series of technological opportunities and challenges that must be met to ensure the success of offshore oil exploration and production in deep and ultra-deepwater. The presence of high levels of carbon dioxide (CO2) and eventually hydrogen sulfide (H2S) found in the deposits, produce potential corrosion effects and embrittlement of steel components of subsea systems used in petroleum production, including flexible pipes. These equipments are subjected to high loads generated by deep water condition where tensile armor wires are extremely required for sustaining the loads. Traditionally, armor wires that will operate in environments containing H2S (sour) have maximum tensile strength of 850 MPa, while for environments where this gas is not present (sweet), the tensile strength is considerably larger reaching up to 1400 MPa. Armor wire samples with tensile strength of 1400 MPa were coated with pure aluminum by thermal arc spray process and the effectiveness of the coating in corrosive environment containing CO2 and H2S was evaluated. This evaluation included mechanical and characterization tests, such as surface roughness measurements, coating porosity analysis, bending tests, evaluation of susceptibility to cracking induced by hydrogen and sulfide and fatigue test in air and in corrosive environments. It was found that the coating porosity ranged between 5 and 10% and the substrate roughness increased due to grit blasting prior to the coating process. This fact proved to be one of the main causes for the deterioration of the fatigue life in air of the coated wires when compared with uncoated wires, being proven through analysis by Scanning Electron Microscopy. However, for corrosion fatigue tests in an environment containing CO2 and H2S, the performance of coated wires was found to be markedly higher, where the integrity of the substrate surface had secondary importance. Through bending tests, it was found the high capacity of the coating to support extensive plastic deformation. Static tests to evaluate the susceptibility to cracking by hydrogen and sulfides showed that uncoated armor wire surface corroded considerably due to the aggressive environment. In addition, a crack induced by hydrogen was identified in one of uncoated wire samples, while the coated samples showed no sign of degradation or cracking.
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Avaliação de revestimento protetor de alumínio aplicado a arames da armadura de tração de dutos flexíveisCoser, Tiago Brun January 2016 (has links)
As recentes descobertas na camada pré-sal da costa brasileira geraram uma série de oportunidades e desafios tecnológicos que deverão ser enfrentados para se garantir o sucesso da exploração e produção de petróleo offshore em águas profundas e ultra-profundas. A alta presença de gás carbônico (CO2) e de gás sulfídrico (H2S) encontrada nas jazidas produzem potenciais efeitos de corrosão e fragilização nos componentes de aço utilizados em sistemas submarinos de produção de petróleo, dentre eles os dutos flexíveis. Esses dutos são submetidos à elevadas cargas geradas devido à lâmina da água profunda, sendo os arames da armadura de tração extremamente solicitados por sustentar os carregamentos. Tradicionalmente, arames da armadura de tração de dutos que irão operar em ambientes contendo H2S (sour) apresentam limite de resistência à tração máximo de 850 MPa, enquanto para ambientes onde esse gás não está presente (sweet), os limites de resistência são consideravelmente maiores podendo chegar a 1400 MPa. Amostras de arames da armadura de tração com limite de resistência à tração de 1400 MPa foram revestidas com alumínio através do processo de aspersão térmica a arco elétrico e a eficiência do revestimento em ambiente corrosivo contendo CO2 e H2S foi avaliada. Essa avaliação envolveu ensaios mecânicos e de caracterização, como medições da rugosidade superficial, análise da porosidade do revestimento, ensaios de dobramento, avaliação da susceptibilidade ao trincamento induzido por hidrogênio e sulfeto, ensaios de fadiga ao ar e corrosão-fadiga. Foi observado que o grau de porosidade do revestimento variou entre 5 e 10% e que a rugosidade superficial do substrato aumentou devido ao jateamento prévio ao processo de revestimento. Esse fato mostrou ser uma das causas principais para a deterioração da vida em fadiga ao ar dos arames revestidos quando comparados com arames sem revestimento, sendo comprovado através de análise por Microscopia Eletrônica de Varredura. Entretanto, para ensaios de corrosão-fadiga em ambiente contendo CO2 e H2S, o desempenho de arames revestidos mostrou-se notadamente superior, onde o acabamento superficial do substrato teve importância secundária. Através de ensaios de dobramento, foi possível verificar a alta capacidade do revestimento em suportar extensa deformação plástica. Através dos ensaios estáticos para se avaliar a susceptibilidade ao trincamento por hidrogênio e sulfeto foi possível verificar uma considerável corrosão da superfície de arames não revestidos devido ao ambiente agressivo. Ademais, uma trinca induzida por hidrogênio foi identificada em uma das amostras de arame sem revestimento, enquanto as amostras revestidas não apresentaram sinal de degradação nem trincamento. / Recent discoveries in Brazil pre-salt layer generated a series of technological opportunities and challenges that must be met to ensure the success of offshore oil exploration and production in deep and ultra-deepwater. The presence of high levels of carbon dioxide (CO2) and eventually hydrogen sulfide (H2S) found in the deposits, produce potential corrosion effects and embrittlement of steel components of subsea systems used in petroleum production, including flexible pipes. These equipments are subjected to high loads generated by deep water condition where tensile armor wires are extremely required for sustaining the loads. Traditionally, armor wires that will operate in environments containing H2S (sour) have maximum tensile strength of 850 MPa, while for environments where this gas is not present (sweet), the tensile strength is considerably larger reaching up to 1400 MPa. Armor wire samples with tensile strength of 1400 MPa were coated with pure aluminum by thermal arc spray process and the effectiveness of the coating in corrosive environment containing CO2 and H2S was evaluated. This evaluation included mechanical and characterization tests, such as surface roughness measurements, coating porosity analysis, bending tests, evaluation of susceptibility to cracking induced by hydrogen and sulfide and fatigue test in air and in corrosive environments. It was found that the coating porosity ranged between 5 and 10% and the substrate roughness increased due to grit blasting prior to the coating process. This fact proved to be one of the main causes for the deterioration of the fatigue life in air of the coated wires when compared with uncoated wires, being proven through analysis by Scanning Electron Microscopy. However, for corrosion fatigue tests in an environment containing CO2 and H2S, the performance of coated wires was found to be markedly higher, where the integrity of the substrate surface had secondary importance. Through bending tests, it was found the high capacity of the coating to support extensive plastic deformation. Static tests to evaluate the susceptibility to cracking by hydrogen and sulfides showed that uncoated armor wire surface corroded considerably due to the aggressive environment. In addition, a crack induced by hydrogen was identified in one of uncoated wire samples, while the coated samples showed no sign of degradation or cracking.
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