A crescente busca por novos mercados, redução de custos e atendimento a legislação incentivam estudos e pesquisas no aperfeiçoamento dos materiais, processos e produtos. Uma vez que o bloco do motor é o componente mais importante, e que agrega maior peso e volume no motor, o bloco tem sido alvo de pesquisas na busca de motores mais eficientes. O desenvolvimento do material tradicionalmente utilizado para a fabricação de blocos de motores Diesel, o ferro fundido cinzento, alcançou seu limite. Neste contexto, o ferro fundido vermicular ou Compacted Graphite Iron (CGI) se apresenta como um substituto para tal aplicação com características de condutividade térmica e amortecimento próximas ao do ferro fundido cinzento, porém, com propriedades mecânicas superiores, possibilitando um redução do peso do motor e, consequentemente, economia de combustível, redução da emissão de poluentes (CO2, NOx e particulados) além do nível de ruído. Neste estudo foram determinadas, analisadas e comparadas as propriedades mecânicas e de fadiga do ferro fundido vermicular em relação ao principal material utilizado atualmente em blocos de motores Diesel: ferro fundido cinzento. Os experimentos foram realizados através de ensaios a partir de corpos de prova retirados de blocos de motores recolhidos aleatoriamente da produção, visando determinar às propriedades mecânicas e de fadiga baseado na metodologia da mecânica da fratura. As superfícies de fratura dos ensaios foram analisadas em microscópio eletrônico de varredura (MEV) a fim de caracterizar os micromecanismos de fratura. Resultados dos ensaios realizados evidenciaram as vantagens da utilização de ferro fundido vermicular quando comparado ao cinzento, pois apresentou resultados superiores em todos os ensaios mecânicos e taxa de crescimento de trinca de fadiga uma ordem grandeza menor. Através da análise fractográfica foi possível perceber a influência da morfologia da grafita no efeito concentrador de tensões. / The growing search for new markets, cost reduction, adding value to the product and making products according to the legislation for emissions control have consequently increased studies and research to find improvements in materials, process and products. Considered one of the most important and the heaviest component of the engine, the crankcase has been the main target of the search for more efficient engines. Currently the gray cast iron is the material traditionally used in the fabrication of Diesel engine crankcases, however it has reached its strength limit. In this context, the compacted graphite iron (CGI) comes as an alternative for such applications, with characteristics such as thermal conductivity and damping similar to the gray cast iron, but with superior mechanical properties, allowing the manufacturing of lighter crankcases, better performance and reduced environmental pollution by exhaust gases and fluids. This work was to determine, analyze and compare the mechanical and fatigue properties between gray iron and compacted graphite iron used in Diesel engine crankcases. The experiments were performed by tests on test samples taken from random production crankcases, in order to determine the mechanical and fatigue properties based on fracture mechanical methodology. The fracture surfaces of tests were observed by SEM to characterize the fracture micromechanisms. In this case, results of tests demonstrate the advantages of use compacted graphite iron. In the fracture surfaces was possible to realize the influence of the graphite morphology on the stress concentrating effect.

Este trabalho foca a avaliação da vida em fadiga de um novo modelo de terminal conector para dutos flexíveis (risers) de camadas não aderentes (unbonded). Os ensaios foram feitos levando em consideração apenas a parte estrutural desses dutos, de forma a ensaiar uma nova configuração de ancoragem da armadura de tração encontrada nesse equipamento conhecido como terminal conector (end fitting). É dentro deste componente que os arames da armadura de tração são fixados por resina epóxi em conjunto com uma configuração específica permitindo dessa maneira a sustentação do duto flexível quando fixado a plataformas offshore. Para a escolha do novo modelo de ancoragem aqui proposto, além de se tomar como referência, fez-se também uma analogia aos modelos utilizados nas ancoragens das barras metálicas utilizadas em concreto protendido. Isto foi feito por entender que algumas características mecânicas da resina epóxi aproximam-se das do concreto. Para a definição do novo modelo de ancoragem, uma análise simplificada, utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF), foi feita em dois modelos de ancoragens recomendados na API RP 17B (2002) e utilizado por alguns fabricantes, no intuito de verificar as distribuições das tensões ao longo desses arames dentro do terminal conector quando envolto pela resina epóxi. Esta análise destacou as regiões ao longo dos arames onde havia concentrações das tensões. Utilizando-se dessas informações, foi desenvolvida uma nova configuração para o arame dentro da resina de maneira a minimizar esses concentradores de tensão, permitindo assim que o modelo de ancoragem proposto tenha um melhor desempenho em fadiga. Para tanto, as verificações desses modelos feitas através do MEF e validadas através de ensaios experimentais em escala reduzida, mostraram que o modelo proposto apresentou reduções do KT da ordem de 16,5% e das tensões na resina de 60% quando comparados aos outros dois modelos comerciais. Após essas avaliações protótipos do novo terminal conector foram confeccionados em escala real e montado a dois pedaços de duto flexível de 2,5" de diâmetro, compondo assim dois corpos de prova: o CP1 e o CP2, os quais foram submetidos a ensaios de tração estáticos e carregamentos dinâmicos. Nos ensaios o CP1 foi submetido a uma carga máxima em tração de 844 kN e após esse carregamento, a não evidência de ruptura nos arames da armadura de tração o levou para o ensaio de fadiga com cargas em tração variando entre 130 e 304 kN a uma freqüência de 1Hz para uma vida de 1.000.000 de ciclos de carga. O resultado desse ensaio mostrou a viabilidade do conceito, uma vez que se atingiu a 1.000.000 de ciclos de carga sem a ruptura de qualquer arame dentro do terminal conector, evidenciado através da dissecação. Para finalizar os trabalhos, um segundo corpo de prova (CP2) foi confeccionado, obedecendo as recomendações estipuladas na API RP 17B (2002). Ensaiado com os mesmos parâmetros do CP1, se conseguiu levá-lo a fase de Dano igual a 1. Ao final desse ensaio observaram-se a ruptura de alguns arames na região mediana sobre o duto flexível que unia os dois conectores. Já as dissecações não mostraram evidências de arames rompidos internamente aos conectores. / This work focuses on the evaluation of the fatigue of life in a new model of end fitting for unbounded flexible pipe (risers). The tests had been made taking in consideration only the structural part of these risers, in order to test a new configuration of anchorage of the tensile armor found in equipment known as an end fitting. It is inside of this component that the tensile armor wires are fixed by epoxy resin in the set with specific configuration in this way allowing the sustentation these flexible pipes when the fixed offshore platforms. For the choice of the new model of anchorage considered here, beyond the reference if taking an analogy to the models used in the anchorage dues ones of the metallic bars used in prestressed concrete. This was made by understanding that some mechanical characteristics of the epoxy resin are come close to the concrete. For the definition of the new model of anchorage, the simplified analysis, using the Finite Element Method (FEM), was made in two models of anchorage dues recommended in API RP 17B (2002) and used by some manufacturers, in intention to verify the distributions tensions along the wires within of the end fitting when wrapped for the epoxy resin. This analysis highlighted the wires throughout the regions where it had concentrations of the tensions. Using these information of itself, a new configuration for the wire inside of the way resin was developed to minimize these concentrators of tension as soon as, allowing anchorage of the considered model one has better performance in fatigue. For in such a way, the verifications of these models made through the FEM and validated through experimental tests in reduced scale, had shown that the considered model presented reductions of the KT of the order of 16.5% and stress in the resin of 60% when compared with the others two commercial models. After these evaluations archetypes of connecting the new end fitting had been confectioned in real scale and mounted two pieces of flexible pipe of 2.5" of diameter, thus composing test of two bodies: the CP1 and the CP2, which had been submitted the static tension tests and dynamic loads tests. In the tests the CP1 was submitted to tension in the maximum load of 844 kN and after this shipment, the evidence of rupture in the wires of armor did not take the tension it for the tests of fatigue in traction with loads varying between 130 and 304 kN to the frequency of 1Hz for a life of 1,000,000 cycles of load. The result of this test showed the viability of the concept, that if the team reached the inside of 1,000,000 load cycles without the rupture of any wire of the end fitting, evidenced through the dissection. To finish the works, the body of the test (CP2) it was confectioned, obeying to the recommendations stipulated in API RP 17B (2002). Tested with the same parameters of CP1, were taken to the stage Damage equal to 1. To the end of this test they had observed it rupture of some wires in the region on the medium flexible pipe that joined the two end fittings. Already the dissections had not shown evidence of broken internally wires to the end fittings.

Veículos, em geral, estão submetidos a carregamentos variáveis aleatórios devido a excitação da pista. Este tipo de carregamento faz com que as tensões atuantes variem com o tempo até que ocorra a falha da estrutura, sendo esta falha denominada fadiga. A fadiga é o principal modo de falha de componentes mecânicos e para evitá-la devemos determinar a durabilidade de um produto durante o seu desenvolvimento. O cálculo de durabilidade pode ser realizado no domínio do tempo, através da contagem de ciclos de tensão, ou no domínio da frequência, através da estimativa da distribuição de probabilidade de ocorrência de determinado nível de tensão. A abordagem espectral apresenta menor esforço computacional e melhor entendimento do comportamento dinâmico. Este trabalho apresenta o comparativo entre a metodologia no domínio do tempo e da frequência, bem como entre dois métodos espectrais. Um componente utilizado em implementos rodoviários foi analisado para demonstrar a aplicabilidade do método espectral. / Vehicles in general suffer random variable loadings caused by road excitation. In this loading, stress varies with time until the structures collapses. This failure mode is known as fatigue. Fatigue is the main failure cause of mechanical components and to avoid it we must determine the endurance of the product during its design stage. Life calculations can be solved in time domain using a cycle counting method or in frequency domain by the probability distribution estimation of the stress cycles. The spectral approach reduces the computational efforts and provides a better understanding of the dynamic behavior. This work presents a comparative study between time and frequency domain methodologies, as well as between two spectral methods. A component of a semi-trailer is analyzed to show the applicability of the spectral methods.

Cerca de 60% do total de cargas transportadas no país, utilizam-se do modal rodoviário, ainda que apenas 13,5% das estradas do país sejam pavimentadas, e, destas 48% possuam algum tipo de deficiência. Inseridas neste contexto, estão as quase 1300 fabricantes de implementos rodoviários, veículos destinados especificamente ao transporte dessas cargas. O cenário evidencia a concorrência existente neste segmento. Para manterem-se competitivas, estas empresas devem oferecer produtos com maior qualidade, durabilidade, segurança e a um custo competitivo. Uma das etapas do desenvolvimento que mais consome recursos destas empresas são as avaliações de durabilidade dos seus respectivos produtos e, neste intuito, as ferramentas de simulação numérica são importantes aliadas, pois permitem estimar a vida em fadiga dos mesmos ainda na fase de concepção, reduzindo custos em garantias, protótipos e tempo despendido no desenvolvimento de um novo produto. A vida em fadiga dos componentes e estruturas metálicas pode ser definida através de duas principais abordagens: domínio do tempo ou domínio da frequência, também chamado de métodos espectrais. Esta abordagem apresenta tanto excitações quanto respostas em termos de Densidade Espectral de Potência - PSD, enquanto a abordagem no domínio do tempo apresenta excitações e respostas em termos de históricos temporais. O uso de métodos espectrais possui como vantagens a redução do esforço computacional, melhor entendimento do comportamento dinâmico da estrutura, além de permitir a análise de trechos representativos das pistas por onde o implemento trafega. O presente trabalho apresenta uma metodologia para estimativa da vida em fadiga de componentes de implementos rodoviários, além de um estudo de caso, utilizando métodos espectrais. A solução do problema faz uso de acelerações aquisitadas em pistas de asfalto e estrada de chão e estes valores são utilizados como dados de entrada na estimativa da vida em fadiga do componente em estudo. Efeitos das tensões médias e critérios de multiaxialidade também foram abordados. / About 60% of the total cargo transported in the country makes use of highways, however only 13.5% of the country's roads are paved, and 48% of them have some type of disability. Inserted in this context there are approximately 1300 manufacturers of road implements, vehicles designed specifically to the transport of cargo. The scenario highlights the competition in this segment. In order to remain competitive, that companies must offer products with higher quality, durability, safety and lower cost. One of development the stages that consumes more resources from these companies is the durability evaluation of their products and, in this aim, numerical simulation tools are important allies, as they allow to estimate the fatigue life of them, still in the design phase, reducing costs in guarantees, prototypes and the time spent in the development of a new product. The fatigue life of components and metallic structures can be defined by two main approaches: the time domain and the frequency domain or spectral method. This spectral approach has both excitations and responses in terms of the Power Spectral Density - PSD, while the time domain approach involves the excitations and responses in terms of some history of time. The use of spectral methods have the advantage of reducing the computational effort, a better understanding of the dynamic behavior of the structure, and allows the analysis of more representative sections of tracks where the implement travels. This work uses one specific methodology for fatigue life assessment of components of road implements, besides a study of some particular case, using spectral methods. The solution of the problem makes use of experimental accelerations measured in paved and unpaved roads, where they are used as input data in the fatigue life assessment of the component in study. Mean stress effects and multiaxial stresses criteria were also considered.

No trabalho estuda-se o crescimento de trincas em carga monotônica e cíclica nos casos de materiais quase-frágeis, introduzindo uma lei de dano cíclico. Revisam-se conceitos sobre modelos coesivos, leis de carga-descarga, leis de evolução de dano e efeito de escala. É seguido o modelo coesivo irreversível proposto por Wang e Siegmund (2006). Em particular se dá ênfase aos efeitos de escala não estatísticos. O modelo de zona coesiva irreversível apresenta uma formulação de dano e considera carregamento em fadiga. Quando o tamanho estrutural é reduzido (ou as trinca se extendem), a fratura por fadiga não mais ocorre por propagação de trinca, mas sim por uma decoesão uniforme. O objetivo desde trabalho é implementar este modelo e verificar sua potencialidade na captura de efeitos de escala, comparando com experimentos e dados disponíveis na literatura. / At present work is intended to study crack growth in cyclic and monotonic loading in the case of quasi-brittle materials, introducing a damage mechanism, is reviewed concepts of cohesive models, loading-unloading laws, damage evolution laws and effect of scale. The irreversible cohesive zone model proposed by Wang e Siegmund (2006) is followed. In particular emphasizes in the not statistical size effects. The irreversible cohesive zone model, presents a damage formulation and considers fatigue loading. It is demonstrated in this study that, when the structure size is reduced (or extend cracks), the fatigue fracture no longer occurs by crack propagation, then occurs by uniform decohesion . The objetive of this work is implementing this model and verify its capability to capture the scale effect compared with experiments and data available in literature.

Tradicionalmente, o processo de análise para obtenção da vida à fadiga em sistemas estruturais ou componentes mecânicos sujeitos a carregamentos dinâmicos é realizado no domínio do tempo, procedimento que, mesmo sendo amplamente conhecido, demanda maior tempo e esforço computacional. Nas últimas décadas, tem se aperfeiçoado métodos de solução no domínio da frequência que vêm apresentando maior eficiência e mostrando-se competitivos, além de um campo com promissor potencial de desenvolvimento. Assim, neste trabalho será desenvolvida uma abordagem visando reduzir os recursos computacionais consumidos numa análise de vida à fadiga, utilizando para isso métodos no domínio da frequência, onde excitação e resposta são representadas por PSD, e também uma abordagem de análise Global-Local. Para isso, será realizada uma sequência de etapas que de forma resumida são: geração do modelo Global, análise modal, geração do modelo Local e matriz de compatibilidade, cálculo da PSD a partir do carregamento, transformação do sistema para o domínio da frequência, montagem da Função de Resposta em Frequência, e por fim, utilizando dados da curva S-N do material será realizada a aplicação do modelo de Dirlik para prever a vida em fadiga. Todas estas etapas foram implementadas em programa numérico, e seus resultados testados com exemplos da literatura, gerando assim, um conjunto de ferramentas para pesquisa da fadiga no domínio da frequência. O estudo desenvolvido utiliza como hipóteses que a resposta do sistema estrutural seja linear, o carregamento seja randômico, estocástico e ergódico, a distribuição de picos siga uma distribuição gaussiana, e o método probabilístico para previsão da vida a fadiga se baseie nos parâmetros espectrais. / Traditionally the analysis process to obtain the fatigue life of structural systems or mechanical components subjected to dynamic loading is performed in the time domain, a procedure which, although widely known, requires more time and computational effort. In the last decades it has been optimized solution methods in the frequency domain that has shown greater efficiency and proving to be competitive, besides a field with promising potential development. Thus, this work will be developed an approach aimed at reducing the computational resources consumed in an analysis of fatigue life, using for this frequency domain method, where excitement and response are represented by PSD, and also a global-local analysis approach. Thereunto, there will be a sequence of steps that briefly are: Global model generation, modal analysis, generation of local model and compatibility matrix, calculation of the PDS from the load, system transformation to the frequency domain, assembly frequency response function and finally, using data from the SN curve of the material will be realized the application of Dirlik model to predict the fatigue life. All these steps were implemented in numerical software and their results were tested with literature examples, generating a set of search tools to fatigue in the frequency domain. The study was developed using hypotheses that the structural system response is linear, the loading is random, stochastic and ergodic, the peaks distribution follow a Gaussian distribution, and the probabilistic method to prediction of life for the fatigue is based on the spectral parameters.

A necessidade de exploração de petróleo em águas profundas exige o emprego de dutos flexíveis com desempenho em fadiga adequado, sendo as armaduras de tração deste tipo de duto as camadas mais críticas para este tipo de solicitação. Atento a isto, este trabalho mostra o desenvolvimento de um novo conceito de armaduras de tração, que são construídas com cabos de aço. Para avaliar o desempenho dos cabos de aço na armadura tração foi elaborada uma configuração de armadura, com a seleção e aplicação de cabos de aço disponíveis no mercado nacional. Além da caracterização metalúrgica, dimensional e mecânica, foram feitos ensaios de fadiga ao ar e em água do mar sintética no cabo de aço selecionado. Ensaios em fadiga de uma seção da conexão foram feitos para avaliar as características da falha de fadiga, comparando-as com os tendões maciços. Também foi executada uma análise por elementos finitos para avaliar a distribuição de tensões no interior da resina, sendo validada pelo uso de extensômetros no cabo. Foi projetado e construído um duto com a configuração proposta, além das conexões. Este duto foi ensaiado em tração e fadiga e comparado com um duto de referência, em termos de peso, tensões e rigidez axial e a flexão. Os resultados sugerem um grande aumento na vida em fadiga nas conexões e no ambiente com água do mar. Além disso, o duto construído suportou com sucesso todos os modos de carregamento impostos ao duto de referência, superando o número de ciclos deste. As análises de falha indicaram que o duto desenvolvido apresentou o modo de fratura dúctil, enquanto que os ensaios com as seções da conexão indicaram sinais de fadiga em regiões com falha superficial dos fios. A rigidez axial é similar ao do duto de referência e a rigidez a flexão calculada é superior ao do duto de referência devido ao maior diâmetro das camadas das armaduras. Apesar do maior peso do duto desenvolvido, a resistência específica é similar. / The need for oil exploration in deep water requires the use of flexible pipes with better fatigue performance, and the tensile armor of this type of product layers critical for this type of application. Aware of this, this work shows the development of a new concept of tensile reinforcement, which are built with wire ropes. To evaluate the performance of wire ropes in tensile armor, an armor configuration was developed, with the selection and application of steel cables available in the domestic market. Besides metallurgical characterization, dimensional and mechanical fatigue tests were carried out in air and in synthetic sea water on wire rope selected. Fatigue tests on end-fitting section were made to evaluate the characteristics of fatigue failure, compared with the massive tendons. It has also been performed by finite element analysis to evaluate the stress distribution within the resin, being validated by the use of strain on the wire rope. It was designed and constructed a pipeline with the proposed configuration, in addition to connections. This pipeline was tested in tensile and fatigue compared to a reference pipeline in terms of weight, axial and flexural stiffness and axial tension. The results suggest a large increase in fatigue life on end-fitting and the environment with seawater. Furthermore, the flexible pipe developed successfully endure all modes of loading imposed on the reference pipe, surpassing the number of cycles thereof. The failure analysis indicated that the flexible pipe developed showed ductile fracture mode, while the trials with boxes indicated signs of fatigue failure in the regions with the surface of the wires. The axial stiffness is similar to the reference pipeline and the flexural stiffness calculated is higher than the reference product, due to the greater diameter of the layers of armor. Despite the greater weight of the product developed, the specific resistance is similar.

Esta pesquisa tem como objetivo analisar a resistência ao trincamento, bem como princípio de propagação de trincas e previsão vida de fadiga de misturas asfálticas empregando o ensaio de flexão em amostra semicircular com fenda (semi-circular bending test – SCB), estático e dinâmico, respectivamente. As trincas que surgem nos revestimentos asfálticos revelam-se como um dos grandes danos que afetam diretamente a serventia e qualidade das estruturas de pavimentos flexíveis. Considerando que a reabilitação dos pavimentos fissurados é geralmente onerosa, revela-se um grande desafio aos engenheiros projetistas dimensionar misturas asfálticas a quente que apresentem resistência suficiente capaz de evitar tanto a deformação permanente, quanto o trincamento por fadiga. Sendo assim, a primeira etapa desta pesquisa analisa três misturas asfálticas, dosadas pelo método Superpave: uma com cimento asfáltico de petróleo CAP 50/70, outra com asfalto modificado por polímero AMP 60/85 e a terceira com asfalto borracha AB8. Os resultados indicam para a maior rigidez da mistura com asfalto modificado, que também apresentou maior vida de fadiga. Os corpos de prova com CAP 50/70 e AB8 apresentaram-se dúcteis e com menor velocidade de propagação das microtrincas. A segunda parte deste trabalho apresenta os resultados dos ensaios conduzidos em amostras com asfalto convencional no teor de projeto (TP) e com 0,5% a mais de ligante asfáltico (TP+0,5%), simulando a camada rich-bottom, amplamente utilizada em projetos de pavimentos perpétuos. Quando comparada a mistura no teor ótimo, aquela com maior quantidade de ligante garante uma mistura mais flexível, pois requer maiores deslocamentos para que se atinja o número de ciclos necessários ao desenvolvimento do trincamento e à ruptura. / This study aims to analyze the cracking resistance, as well as the principle of cracking propagation and prediction of fatigue life in hot mix asphalt (HMA) by means of the semi-circular bending test (SCB), static and dynamic, respectively. Pavement surface cracking is one of the major distress mechanisms that affect the serviceability and quality of flexible pavement structures. Considering that the rehabilitation of a damaged pavement is generaly costly, it becomes a challenge for the engineers to design HMA that endures both rutting and fatigue cracking. Therefore, the first part of this research investigates the cracking resistance and fatigue life of three asphalt concrete mixes, designed by the Superpave method: one with standard binder pen50/70, a polymer modified PMB60/85 (softening point/elastic recuperation) and a third mix with asphalt-rubber binder type AB8. The results indicated to the PMB60/85 mixture stiffness that also presented longer fatigue life. The samples with binder pen50/70 e AB8 demonstrated more ductility, with less microcracks propagation speed. The second part of this work presents the results of tests conducted on standard binder pen50/70 specimens at the design asphalt binder content and with a binder additional of 0,5%, representing the rich-bottom layer, widely used in perpetual pavement structures. The +0,5% asphalt content mix provided a more flexible mixture when compared to the mix at design binder content, because required higher displacements to reach the number of cycles to the development of cracking and failure.

A exploração de petróleo em alto mar traz consigo desafios crescentes com o aumento da lâmina d’água e do grau de agressividade dos contaminantes presentes no fluido produzido. Sendo a produção no País majoritariamente escoada do poço para as unidades de produção por dutos flexíveis, faz-se necessária a realização de estudos aprofundados da influência destas condições na vida em fadiga destes equipamentos. Tais condições quando associadas ao alagamento da região anular dos dutos flexíveis, pode favorecer a corrosão das armaduras de tração, responsáveis por conferir resistência axial ao duto. Este fato compromete a integridade da estrutura, levando a operação à uma condição não segura. Com o intuito de elevar o grau de conhecimento sobre estes mecanismos de degradação, o presente estudo tem por objetivo estabelecer uma relação entre os parâmetros construtivos e operacionais destes dutos, com o seu desempenho em campo frente a carregamentos cíclicos e na condição de anular alagado Para tal, tendo como base a literatura disponível no tema, foram selecionados parâmetros de estudo para, a partir destes, determinar fatores de redução de vida em fadiga (FRVFs). Estes fatores foram quantificados e estudados através de correlações numéricas e experimentais, sendo validadas através da realização de um ensaio em escala real de um duto flexível com anular alagado com água do mar sintética saturada com dióxido de carbono. Como resultados foram obtidos fatores de redução de vida em fadiga para as condições estudadas. Ainda, foi estabelecida uma metodologia para a determinação destes e sua utilização para o cálculo do dano acumulado de fadiga nestes dutos. / Offshore oil exploration involves growing challenges as water depth increases and aggressive oil contaminants are present in production fluid. As Brazilian production is conducted from the well to the production units mostly through flexible pipes, studies regarding the influence of this conditions on fatigue life of these structures are necessary. When the annulus is flooded with seawater the above conditions turns the environment corrosive for tensile armor wires, that are responsible to provide axial strength to the pipe. This fact compromises the integrity of the structure as a whole turning the operation unsafe. To increase the knowledge regarding these degradation mechanisms this study aims to stablish a relationship between constructive and operational parameters with field performance considering dynamic loadings and flooded annulus conditions. For such, using the literature data available it was selected some relevant parameters and from these it was determined fatigue life reduction factors (FRVFs). The FRVF was quantified and studied using numeric and experimental relations and validated through a full scale fatigue test in flooded annulus condition with synthetic seawater saturated with CO2. As a result, it was obtained the FRFV to explored conditions. Even more, it was stablished a methodology for its determination and applicability for calculation of cumulative fatigue damage in flexible pipes.

Por vezes o comportamento vinculado a fadiga é a principal fonte de dúvidas em projetos de engenharia. Aqui, o crescimento de trincas por fadiga é analisado numericamente utilizando uma plataforma de elementos finitos, onde o problema da fratura é modelado de forma discreta através do uso de elementos coesivos de interface. Os casos estudados abordam estruturas que apresentam uma trinca inicial de tamanho conhecido que propaga por um caminho condicionado. Os problemas são restritos ao estado plano de deformações e sujeitos em sua grande maioria a abertura normal entre as superfícies da trinca. O processo de separação das interfaces da trinca é descrito pelo uso de dois modelos de zona coesiva irreversível. Os modelos possuem relações de tensão-separação que não seguem um caminho pré-definido, sendo dependentes da evolução do dano ligado as propriedades da zona coesiva. Inicialmente são mostradas respostas básicas uniaxiais para os elementos coesivos, que provam a existência de curvas S-N e que o acumulo de dano ocorre de forma não linear. Em seguida, analisa-se crescimento de trincas por fadiga em uma viga do tipo double cantilever beam, onde a estrutura observada é formada pela união de duas chapas metálicas através de um adesivo coesivo que direciona o crescimento da trinca Casos com carga de amplitude única são computados, resultando na representatividade da propagação por uma lei de Paris. Além disso, uma análise de fadiga transiente é realizada através de respostas geradas pela aplicação de sequências de carregamentos em blocos, que mostram a dependência entre o formato do bloco e a maneira a qual ocorre a propagação da trinca. Na sequência, observa-se o efeito escala no crescimento de trincas por fadiga em uma placa submetida a tração com comportamento quase-frágil. Obtém-se uma conexão entre a altura da placa e o formato da ruptura. Por fim, o efeito da plastificação sobre a propagação de trincas, incluindo a captura do efeito crack closure, é comprovado em uma estrutura multicamada que emprega uma malha refinada na ponta da trinca. Os resultados mostram que o modelo computacional implementado reproduz comportamentos semelhantes atingidos nos trabalhos de referência para os problemas analisados. / Sometimes fatigue-related behavior is the main source of doubt in engineering projects. Here, the fatigue crack growth is analyzed numerically using a finite element platform, where the fracture problem is discretely modeled through the use of cohesive interface elements. The cases studied deal with structures that present an initial crack of known size that propagates through a conditioned path. The problems are restricted to plane strain and are mostly subject to the normal opening between the surfaces of the crack. The process of separating the interfaces of the crack is described by the use of two models of irreversible cohesive zone. The models have stress-separation relationships that do not follow a predefined path, being dependent on the evolution of the damage linked to the properties of the cohesive zone. Initially basic uniaxial responses are shown for the cohesive elements, which prove the existence of S-N curves and that the accumulation of damage occurs non-linearly. Then, fatigue crack growth is analyzed in a double cantilever beam, where the observed structure is formed by the union of two metal plates through a cohesive adhesive that directs the growth of the crack Cases with single amplitude loading are computed, resulting in the representativeness of propagation by a Paris law. In addition, a transient fatigue analysis is performed through responses generated by the application of block loading sequences, which show the dependence between the block shape and the manner in which crack propagation occurs. In the sequence, the scale effect on the growth of fatigue cracks in a plate subjected to traction with quasi-fragile behavior is observed. A connection is obtained between the height of the plate and the rupture format. Finally, the plastification effect on crack propagation, including crack closure capture, is demonstrated in a multilayer structure that employs a refined mesh at the crack tip. The results show that the computational model implemented reproduces similar behaviors reached in the reference works for the analyzed problems.