[pt] A manutenção não é mais vista apenas como uma geradora de custos para as empresas. Cresce a necessidade das empresas em redução de custos, aumento de disponibilidade e confiabilidade dos equipamentos e instalações, e é neste sentido que a manutenção tem se destacado, cada vez mais, como uma área fundamental para o sucesso das empresas que tem forte base industrial. No entanto, a manutenção teve uma grande evolução tecnológica, principalmente dentro dos conceitos da manutenção preditiva, onde se busca o desenvolvimento de novas técnicas para avaliação de integridade dos equipamentos, a sua condição de operação. A emissão acústica é uma destas técnicas. No presente trabalho utilizou-se o ensaio de tração para gerar estímulo estrutural em corpos de provas de aço ASTM A 516 / A 516 M-Grau 60 e gerar de sinais de emissão acústica. Durante os níveis de carregamentos em patamares previamente estabelecidos no procedimento experimental, os corpos de provas foram monitorados através do ensaio de emissão acústica, para a avaliação de sua integridade estrutural. Os resultados foram então digitalizados, armazenados e processados para posterior análise. Concluiu-se que é possível utilizar o ensaio de emissão acústica para avaliação de integridade estrutural dos equipamentos em serviço, sendo o mesmo capaz de perceber, detectar e localizar fontes ativas que possam comprometer a integridade estrutural do equipamento. Desta forma é possível programar uma intervenção da equipe de manutenção no equipamento, sem atingir um nível de danos que possam provocar sua parada e, conseqüentemente, do processo produtivo. / [en] Maintenance has not else been seen just as an expenses generator by worldwide companies. According to the importance it has taken on, new investments in technologies and tools were implemented. In companies, it increased the need of costs reduction, equipment and installation availability and reliability, and at this point, maintenance has stood out, each day more, as a fundamental area for success of those companies who have strong and large industrial bases. However, maintenance had a big technological improvement, mainly in predictive maintenance concepts, subject which always work in order to the development of new technologies and methodologies, and also new techniques for equipment integrity evaluation, on operational conditions. Therefore, in this Dissertation, tests were carried out in several specimen (ASTM A 516 / A 516 M - Grade 60 Steel), using tension test as loading conditions, to stimulate the specimen structurally, and consequently, the generation of acoustics emission signals. The specimen were monitored through acoustics emission tests, in each loading steps previously established, for their structural integrity evaluation. Than, the results were digitalized, stored and processed in the Acoustics Emission Equipment, for further analysis. All the results are presented as a graph, and also were studied, analyzed and compared. We can conclude that it is possible to use the acoustics emission test for structural integrity evaluation in equipment under working conditions, and it is capable to realize, detect and locate active sources, that can be compromising to the equipment structural integrity, and also capable of make possible an maintenance team intervention, without causing premature failures which provoke breakdowns.

Orientador: Amauri Hassui / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T12:29:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_LuisAntonio_M.pdf: 7325377 bytes, checksum: 3508593610f7af7aa2e9b0fb82eac784 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O fresamento consiste em um processo de usinagem no qual a peça a ser usinada é efetua os movimentos de avanço contra uma ferramenta cilíndrica rotativa com várias arestas de corte. No processo de fresamento o corte é considerado crítico, pois neste momento as variações de temperatura e força resultam em danos nas superfícies das peças, podendo comprometer o seu desempenho. Com isso, vários estudos buscam alternativas que visam explicar as ocorrências desses defeitos. Esse campo é conhecido também como Integridade Superficial. Este trabalho tem por objetivo avaliar as influências das condições de usinagem na integridade de superficial do aço inoxidável 15-5PH. Para isso foram feitos ensaios de fresamento utilizando fresa de facear com pastilhas redondas, geometria neutra e positiva, novas e em fim de vida. O fresamento foi discordante, com dois níveis de avanço por dente (fz = 0,15 e 0,25 mm/dente) e dois de velocidade de corte (vc = 170 e 195 m/min). Posteriormente foi avaliada a rugosidade 3D, dureza e feita a microscopia eletrônica da superfície e subsuperfície da peça usinada. Os resultados obtidos demonstram que utilizando uma ferramenta da classe (M40), com a geometria M-MM (positiva) com cobertura de MTCVD, obteve-se uma rugosidade melhor que a (M25). Foi possível também evidenciar os defeitos gerados na superfície usinada com a utilização do (MEV), microcavidades, sulcos gerados por microcavacos, repasse da ferramenta e resto de material / Abstract: Milling is a machining process in which the workpiece makes feed movements against a rotating cylindrical tool with multiple cutting edges. In the milling process the cut is considered critical because at this time the temperature and force variations result in damage to the surfaces of the workpiece, which can compromise their performance. Consequently, several studies aim to explain the occurrences of failures. This field is also known as Surface Integrity. This work aims to evaluate the influence of machining conditions on the surface integrity of stainless steel 15-5PH. In order to do so, milling tests were carried on using face mills with round inserts, neutral and positive geometry (new and in the end of tool life). Up milling condition along with two levels of feed per tooth (fz = 0.15 and 0.25 mm/tooth) and two cutting speeds (vc = 170 and 195 m/min). Later, the 3D roughness and hardness were evaluated and scanning electron microscopy (SEM) was carried on the workpiece¿s surface and subsurface. The results obtained show that using (M40) class tool, and M-MM geometry (positive) with MTCVD coating provided a better surface finish than the (M25) class tool. Using the (SEM), it was also possible to highlight the defects generated in the machined surface such as microcavities, grooves generated by microchips, tool backcutting and the remaining material / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

[pt] O interesse no monitoramento da integridade estrutural de risers flexíveis tem crescido significativamente nos últimos anos. Para dutos que já estão atingindo sua vida de projeto, sistemas de monitoramento podem fornecer alertas antecipados de possíveis falhas e também auxiliar o operador na programação de paradas para manutenção. Diferentes técnicas estão sendo testadas pelos operadores de dutos flexíveis tais como inspeção visual automatizada, monitoramento de vibrações e emissão acústica, além de técnicas baseadas em métodos eletromagnéticos. Algumas destas técnicas já estão sendo implementadas em unidades de exploração e produção marítimas no Brasil e em outros países. A presente contribuição aborda o monitoramento contínuo e em tempo real utilizando sensores a fibra óptica (Redes de Bragg) para detectar a ruptura dos arames nas armaduras de tração de risers flexíveis. Duas linhas são seguidas, monitoramento direto e monitoramento indireto. O monitoramento indireto consiste na instrumentação da capa polimérica do riser, de forma não intrusiva, e avalia possíveis alterações na mesma, causadas pelo rompimento dos arames. Para isso foi desenvolvido um transdutor, denominado Colar 3D, capaz de detectar variações no diâmetro externo, elongação e torção no duto. A técnica de monitoramento direto é denominada MODA (Monitoramento Óptico Direto nos Arames). Nesta técnica os arames são instrumentados individualmente com os sensores ópticos, que monitoram as tensões/deformações dos mesmos, assim, rompimentos de arames e comportamentos inesperados podem ser facilmente detectados. Resultados de ensaios em escala real mostraram que a probabilidade de detecção do monitoramento indireto aumenta significativamente quando o sistema é empregado em conjunto com outros tipos de monitoramento indireto. Os resultados de laboratório para o monitoramento direto apontaram alta sensibilidade e confiabilidade do sistema, que já foi instalado em três plataformas operadas pela Petrobra na Bacia de Campos. / [en] The interest in structural health monitoring of flexible risers has grown significantly in recent years. For ducts that are already reaching their design life, monitoring systems can provide early warnings of potential failures and also assist the operator in scheduling downtime. Different techniques are being tested by operators of flexible pipes such as automated visual inspection, vibration monitoring and acoustic emission, in addition to techniques based on electromagnetic methods. Some of these techniques are already being implemented in units of maritime exploration and production in Brazil and other countries. This contribution discusses the continuous monitoring and real-time using optical fiber sensors (FBGs) to detect the breaking of wires in the tensile armor of flexible risers. Two lines are followed, direct monitoring and indirect monitoring. The proposed indirect monitoring technique consists in the nonintrusive instrumentation of the riser’s polymeric outer sheath, which will provide strain signals that change due to the breaking of wires in the armor layer. For that, a transducer capable of detecting variations in the outer diameter, as well as stretching and twisting in the duct was developed. In the direct monitoring technique, all the wires in the external armor layer are individually instrumented with optical sensors that continuously monitor their strains, so that any disruptions of wires and unexpected behavior can be easily detected. Results of full scale laboratory tests showed that the probability of detection of indirect monitoring increases significantly when the system is used in conjunction with other types of indirect monitoring. The laboratory results for the direct monitoring showed high sensitivity and reliability of the system, which has already been installed in three oil rigs operated by Petrobras in the Campos Basin.

[pt] Um dos principais mecanismos de falha em risers flexíveis é o rompimento de arames da armadura de tração. A experiência tem mostrado que esta classe de dano tende a surgir primariamente na parte emersa do riser, próximo à sua terminação. A ruptura dos arames ocorre de forma progressiva, podendo ser causada por diferentes processos, tais como corrosão pelo ingresso de fluido no espaço anular entre capa e armadura, desgaste excessivo associado com o contato e atrito entre arames adjacentes ou entre as diferentes camadas metálicas da armadura, ou mesmo a presença de níveis elevados de tensões produzidas pelos carregamentos mecânicos aos quais o riser é submetido durante a operação. O deterioramento progressivo pode dar origem a defeitos localizados que agem como concentradores de tensão e levam o arame à ruptura através de um processo de fadiga. O duto flexível é capaz de manter-se em operação mesmo com alguns dos arames de suas armaduras rompidos, porém uma sequencia de rupturas pode levar à ocorrência de vazamentos ou mesmo a falhas catastróficas. O monitoramento contínuo em tempo real é uma das principais alternativas para evitar que o dano progressivo nas armaduras do riser resulte em acidentes com severas consequências econômicas e ambientais. As técnicas de monitoramento da integridade de risers flexíveis podem ser classificadas como diretas, onde é possível identificar diretamente a existência de um dano/falha, ou indiretas, em que o sistema de sensoriamento registra indicações secundárias, possivelmente consequência da falha. Esta dissertação relata o desenvolvimento de um sistema de monitoramento baseado em vibrações. Trata-se de uma técnica indireta baseada em eventos, onde no momento da ruptura do arame um sinal de vibração, distinto tanto na frequência quanto na amplitude, é detectado por acelerômetros instalados na capa polimérica externa do riser. No trabalho, são apresentados resultados de quatro ensaios em escala real que demonstraram a viabilidade do sistema para um primeiro teste de campo. Estratégias de instrumentação dos dutos e as variações dos sinais detectados são apresentadas e discutidas. Os resultados mostraram que a resposta vibratória do sinal de ruptura apresenta características específicas, garantindo uma boa confiabilidade na detecção. Porém, em se tratando de uma técnica indireta, verifica-se que quando dois sistemas de monitoramento de naturezas complementares são empregados em conjunto, as probabilidades de detecção dos eventos de rupturas aumentam significativamente. / [en] The main failure in flexible risers is the disruption of the wires from the tensile armor layer. Experience has shown that this class of damage occurs primarily near to the top riser connector. The breaking of the wires occurs gradually and may be caused by different processes as corrosion by inflow of fluid in the annular space, excessive wear associated with the contact and friction between adjacent wires or between different riser layers. The progressive deterioration can lead to localized defects that act as stress concentrators and may break the wire from the tensile armor layer through a fatigue process. The flexible pipe is able to remain in operation even with some broken wires, but a sequence of ruptures can conduce to a catastrophic failure. Real time continuous monitoring is one of the main alternatives to prevent progressive wire damage results in an accident with severe economic and environmental consequences. This thesis describes the development of a monitoring system based on vibrations. This is an indirect technique based on events, where in the moment of the wire break, one vibration signal is registered. This signal can be distinguished both in frequency and amplitude and detected by accelerometers installed on the polymeric outer layer of the riser. We present results of four tests in real scale that demonstrated the viability of the system for an initial field test. Instrumentation strategies in riser and the variations of the signals detected are presented and discussed. The results showed that the vibrational signal has specific characteristics ensuring good detection reliability.

[pt] Neste trabalho apresenta-se um procedimento que envolve técnicas de inspeção baseada em risco (IBR) e adequação ao uso, baseados nas recomendações API 581 e 579 respectivamente, para gerenciar a integridade estrutural de equipamentos estáticos e tubulações sujeitos a perda de espessura por corrosão. O risco de falha de um equipamento é analisado de forma quantitativa através do cálculo da probabilidade de falha (PoF) e da conseqüência de falha (CoF). Uma visão geral da IBR e da análise de risco é introduzida e seus objetivos, vantagens e desvantagens são analisados. A deterioração da parede metálica de equipamentos sujeitos à corrosão causa um aumento da PoF ao longo do tempo. Esse aumento da PoF depende da taxa de dano, da qualidade da previsão da taxa e ainda da eficiência dos métodos de inspeção usados para detectar e quantificar essa taxa. A falha de um equipamento pode resultar em conseqüências tais como danos aos equipamentos vizinhos, danos às pessoas, parada e perda de produção, contaminação do meio ambiente e danos à imagem da empresa. Com base nesse procedimento, desenvolveu-se um programa para o gerenciamento da integridade de equipamentos. Com o programa é possível estabelecer um plano de inspeção para o equipamento, levando-se em conta a eficiência dos métodos de inspeção, com o objetivo de manter o equipamento abaixo de um risco de falha, dado como admissível. Apresenta-se então, um exemplo de aplicação no qual um vaso separador de óleo e gás está sujeito à corrosão interna e corrosão externa. A PoF e a CoF do equipamento são calculadas de forma quantitativa. Um plano para realização de inspeções é proposto, sempre se respeitando os prazos máximos estabelecidos pela NR-13, considerando-se a eficiência da inspeção (interna, externa e teste hidrostático) adequada para detecção e acompanhamento do mecanismo de dano (corrosão interna e corrosão externa atmosférica) atuante no vaso. Verifica-se então que com o plano proposto, consegue- se controlar o risco de falha, possibilitando assim um melhor aproveitamento dos recursos de inspeção. É verificado também se o vaso, na época da inspeção, estará adequado ao uso nas condições de operação estabelecidas. / [en] This dissertation deals with the general concepts of risk and risk based inspection (RBI) and presents a procedure that integrates risk based inspection and fitnessfor- service tools as presented in API 581 and API 579 respectively, to manage the structural integrity of static equipments and piping subjected to a corrosion mechanism. Risk of failure is quantitatively assessed by calculating the product of probability of failure (PoF) and consequence of failure (CoF). Equipment deterioration leads to an increase of PoF along time, which is dependent on damage rate, confidence on rate prediction, and inspection tools effectiveness in detecting and quantifying the damage. The equipment failure may result in some consequences outcomes such as safety and health impact; production losses; maintenance and reconstruction cost; and environmental impact. A computer program to manage the equipment integrity was developed based on the RBI procedure. It allows to design and optimize an inspection plan for the equipment, taking in the consideration the amount of inspection activity and its effectiveness, while maintaining risk under a tolerable level. An application example is developed for an oil and gas separator which is subjected to internal and external corrosion. PoF and CoF are calculated quantitatively. The inspection plan proposed follows the Brazilian regulation concerned to boilers and pressure vessels (NR-13) in what refers to the maximum inspection intervals, considering the inspection effectiveness (external, internal and hydrostatic test) used to detect and evaluate the damage mechanism. It is showed that the proposed inspection plan will maintain the risk of a failure under a certain tolerable level and will provide better application of inspection resources.

Orientador: Fábio Roberto Chavarette / Resumo: Redes Neurais Artificiais (RNAs) são algoritmos de aprendizado, geralmente estruturados em torno de categorização de dados de entrada e/ou seu agrupamento por similaridade. Tendo em vista características desejáveis como aprendizado rápido e estabilidade frente a vetores de entrada altamente mutáveis, adotou-se uma RNA do tipo Fuzzy ARTMAP como mecanismo central de um método de monitoramento de saúde estrutural para detectar e categorizar falhas em dados experimentais provenientes de um sistema mecânico similar a um pequeno prédio de dois andares. Mais especificamente, com o objetivo de detectar alterações das frequências naturais da estrutura, fenômeno ligado à deterioração da mesma, e determinar qual(is) andar(es) está(ão) ligado(s) ao comportamento anômalo, se detectado. A acurácia da rede foi avaliada, sendo realizado um estudo da quantidade de dados necessárias para o desempenho satisfatório da rede. Observou-se desempenho satisfatório, a acurácia do método tendendo a aproximadamente 94% a partir de certas quantidades de dados. / Abstract: Artificial Neural Networks (ANNs) are learning algorithms, largely revolving around categorizing data sets based on measures of similarity between its members. Due to desirable characteristics such as fast learning and stability when dealing with highly mutable input vectors, a Fuzzy ARTMAP ANN was selected as the core mechanism of a structural health monitoring method. Its goal was to detect and categorize faults in experimental data collected from a mechanical system akin to a small two-story building. More specifically, to detect disturbances on the structure's natural frequencies, phenomenon linked to its deterioration, and to determine which story or stories are linked to anomalous behavior, if any. The accuracy of the method was evaluated, and the amount of data needed for optimal operation was determined. Satisfactory performance was observed; the method's accuracy tended towards 94% with enough training samples. / Mestre

Orientador: Michael John Brennan / Abstract: The guarantee of security in transport vehicles, buildings, bridges and critical structures is extremely important for people and the environment. Therefore, in the last decades, several Structural Health Monitoring (SHM) techniques have been proposed and developed for many areas. One technique to detect corrosion could be the use of guided waves. Considering one wave travelling in a structure and impinging on a discontinuity (damage), this wave will interact with this discontinuity and will be scattered. Thus wave motion in structures may be a powerful way to indicate the presence of damage in a structure. This work aims to investigate wave propagation in a thin Euler-Bernoulli infinite beam, and the way in which these waves interact with simulated corrosion damage (symmetric and asymmetric). The studies show the importance to know the behavior of waves before chose main frequencies to used for a SHM system. Piezoelectric elements are used to excite and sense the waves. The behavior of the systems studied are widely discussed in frequency and time domains. In order to detect and quantify the damage, reflected waves showed better sensitivity and proportionality with damage severity for all configuration studied. The longitudinal wave incident in the damage is easier to be used in a SHM system than flexural waves because longitudinal waves present simplicity compared to flexural. However, is important to choose appropriate frequency range in order to generate good levels of th... (Complete abstract click electronic access below) / Resumo: A garantia de segurança em veículos de transporte, edifícios, pontes e estruturas críticas é extremamente importante para as pessoas e o meio ambiente. Portanto, nas últimas décadas, várias técnicas de Monitoramento da Integridade Estrutural (SHM) foram propostas e desenvolvidas para diversas áreas. Uma técnica para detectar corrosão pode ser o uso de ondas guiadas. Considerando uma onda propaganda em uma estrutura e se chocando a uma descontinuidade (dano), esta onda irá interagir com esta descontinuidade e será transformada (parte é refletida e parte transmitida). Assim, o movimento de ondas em estruturas pode ser uma maneira poderosa de indicar a presença de dano em estruturas. Este trabalho tem como objetivo investigar a propagação de ondas em uma viga de Euler-Bernoulli e a forma como estas ondas interagem com danos simulados de corrosão (simétricos e assimétricos). Os estudos mostram a importância de conhecer o comportamento das ondas antes de escolher as freqüências principais a serem usadas em um sistema SHM. Elementos piezelétricos são usados para gerar sensoriar as ondas. O comportamento dos sistemas estudados é amplamente discutido nos domínios de frequência e tempo. Para detectar e quantificar os danos, as ondas refletidas apresentaram melhor sensibilidade e proporcionalidade com a severidade do dano para todas as configurações estudadas. As ondas longitudinais incidentes no dano são mais recomendadas pelo sistema SHM por apresentarem maior simplicidade em relação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Esta tese investiga o efeito do fechamento de trinca sobre as previsões da vida à fadiga em materiais homogêneos e juntas soldadas. É apresentada uma metodologia para a simulação numérica do fenômeno de fechamento de trinca induzido por plasticidade utilizando o método dos elementos finitos. Ensaios laboratoriais de propagação de trinca por fadiga do aço ASTM A516 Gr. 70 à temperatura ambiente foram realizados usando corpos de prova típicos da mecânica da fratura nas condições soldada e homogênea. Estes resultados foram usados para validar a metodologia numérica do cálculo da carga de abertura de trinca. Comparações entre a vida de propagação experimental e as estimativas obtidas por meio da integração da lei de propagação, incluindo o efeito do fechamento de trinca, foram feitas usando vários critérios para o cálculo da carga de abertura. As análises numéricas permitem estimar a carga de abertura de trinca analisando a evolução do campo de tensões, deformações e deslocamentos na região próxima à trinca, que está influenciada pelo contato das faces da trinca. Menores níveis de proteção da trinca devido ao fechamento foram obtidos para o corpo com heterogeneidade mecânica quando comparado ao corpo homogêneo na modelagem numérica. Durante o ensaio de propagação o corpo homogêneo apresentou taxas de propagação de trinca relativamente menores quando comparadas ao espécime soldado. A não inclusão do efeito do fechamento de trinca resulta em previsões da vida à fadiga conservadoras em aproximadamente 20% para todos os casos estudados neste trabalho. Análises tridimensionais do fenômeno de fechamento de trinca revelam que o crescimento da trinca por fadiga no estagio II parece estar controlado pelo retardo que acontece na superfície do corpo de prova. Incluído o efeito do fechamento de trinca nas previsões, as estimativas da vida à fadiga foram bastante próximas das obtidas experimentalmente, com diferenças conservadoras entre 1% e 15% dependendo do método de cálculo da carga de abertura. Os resultados apresentados mostram que vidas à fadiga mais acuradas e, ainda, conservadoras são feitas incluindo o efeito do fechamento de trinca na metodologia de cálculo da vida remanescente de componentes estruturais. / This thesis investigates the effect of crack closure on fatigue life predictions in homogeneous material and welded joints. It presents a methodology for numerical simulation of the phenomenon of plasticity-induced crack closure by using the finite element method. Experimental tests of fatigue crack propagation on ASTM A516 Gr 70 steel at room temperature were performed using typical specimens of fracture mechanics in two conditions: welded and homogeneous; these results were used to validate the numerical methodology for calculating the crack opening load. Comparisons between experimental propagation life and estimations obtained by numerical integration of propagation law, including the effect of crack closure, have been made using various criteria to calculate the opening load .The numerical analyses allow to predict the opening load by analyzing the evolution of stresses, deformations and displacements fields in the region near the crack which is growing and is influenced by the contact of the crack flanks. Lower levels of protection due to crack closure were obtained for the specimen with mechanical heterogeneity when compared to the homogeneous specimen in the numerical analyses. During the test of fatigue crack propagation the homogeneous specimen had smaller crack growth rates when compared to the welded specimen. Fatigue life predictions without including the effect of crack closure result in conservative estimations around 20% for all studied cases. Three-dimensional analysis of the phenomenon of crack closure shows that the fatigue crack growth in stage II appears to be controlled by the delay that occurs on the specimen surface. Including the effect of crack closure in life predictions, the estimates of fatigue life were quite close to those obtained experimentally, with conservative differences between 1% and 15% depending on the method of opening load calculation. The results show that the fatigue life predictions can be made more accurate and yet remain conservative when the effect of crack closure is included on the methodology for calculating the remaining life of structural components.

Este trabalho apresenta uma avaliação dos efeitos de juntas soldadas dissimilares sobre forças motrizes de trinca e o desenvolvimento de procedimentos adaptados baseados em critérios mecânicos e micromecânicos para avaliação de defeitos em juntas soldadas incorporando efeitos de dissimilaridades mecânicas. A motivação central reside na forte expansão da indústria nacional de petróleo e a crescente demanda por aumento de produtividade aliado ao aumento na segurança operacional de sistemas dutoviários e estruturas correlatas. Para que tal intento seja atingido, é inicialmente apresentada uma descrição detalhada dos parâmetros de interesse da mecânica da fratura, fundamentos da metalurgia da soldagem e efeitos microestruturais e mecânicos oriundos da presença de soldas dissimilares. São então descritos os principais métodos experimentais de determinação de tenacidade à fratura, detalhados os procedimentos correntes de avaliação de integridade por meio de diagramas FAD e é estudada a teoria da tensão de Weibull. Tais estudos configuram o arcabouço conceitual necessário para o desenvolvimento de uma extensa variedade de ensaios experimentais em juntas soldadas e proposição de correções aos procedimentos correntes de determinação experimental de tenacidade, refinamentos na determinação de cargas limite e o desenvolvimento de um modelo de transferabilidade de tenacidades baseado em tensão de Weibull aplicável a juntas soldadas. Por fim, todas as contribuições são compiladas e incorporadas em um procedimento adaptado do tipo FAD especificamente adaptado à avaliação de estruturas soldadas constituídas de materiais dissimilares. Os resultados experimentais revelam forte e deletéria influência das juntas soldadas na tenacidade e capacidade de carga de estruturas. Por outro lado, o extenso compêndio de fatores eta e rotacionais plásticos rp desenvolvido permite a determinação experimental acurada de tenacidade à fratura para espécimes SE(B) homogêneos e bimateriais. Adicionalmente, a metodologia proposta de determinação de cargas limite incorpora o encruamento dos respectivos materiais e o modelo de transferabilidade baseado em tensão de Weibull permite a estimação acurada da tenacidade de componentes soldados dissimilares a partir dos dados do metal de base e poucas calibrações experimentais. Resultados de uma aplicação exploratória real indicam elevado grau de precisão e corroboram a validade das propostas apresentadas. Assim, os desenvolvimentos do presente trabalho mostram-se como potenciais ferramentas de projeto e avaliação de integridade estrutural. / This work presents an evaluation of weld strength mismatch effects on crack driving forces and proposes an extension of defect assessment procedures for welded structures to include effects of weld strength mismatch. The main motivation is based on the strong expansion of Brazilian petroleum industry and the increasing demand for productivity, safety and reliability of pipelines and correlated structures. In this context, it is initially presented a detailed description of fracture mechanics parameters, welding metallurgy fundamentals and mechanic and microestructural effects due to mismatched welds. Next, the main procedures for experimental evaluation of fracture toughness are addressed followed by a discussion on current integrity assessment standards based on FAD and the Weibull stress methodology. These studies provide the necessary background to conduct a wide variety of experimental tests in welded joints and the proposal of corrections for experimental fracture toughness evaluation in welded joints, corrections for limit load estimation schemes in mismatched structures and a new toughness scaling model based on Weibull stress applicable to welded mismatched joints. Finally, the resulting framework is incorporated into a modified FAD-based procedure specifically designed for integrity assessment of welded mismatched structures. The experimental results reveal strong deleterious effects of mismatched welds on loading capacity and fracture toughness of the analyzed specimens. However, the extensive body of calibrated eta and plastic rotational rp factors allows accurate experimental determination of fracture toughness for homogeneous and bimaterial SE(B) specimens. Additionally, the limit load estimation scheme proposed incorporates the materials hardening capacity while the Weibull-based toughness scaling model incorporating mismatch effects allows accurate estimation of the weldment toughness from base metal data and a simple experimental calibration. Results from an exploratory application indicate a high degree of accuracy and confirm the validity of the proposed methodology as a potential tool for design and integrity assessments of cracked weldments.

[pt] O presente trabalho apresenta uma técnica numérica geral para a aproximação da solução do problema de evolução quasi-estático em treliças elasto-plásticas com dano. Uma formulação geral e abstrata é apresentada e uma técnica numérica simples, baseada na técnica de decomposição do operador com um algoritmo sequencial associado, é proposta. Alguns exemplos tratando da análise de falha de treliças metálicas são usados para mostrar a efetividade do método. / [en] This work is corcerned with a general numerical technique for approximating the solution of quase-static evolution problems in damageable elasto-plastic trusses. An abstract and general formulation of the problem is presented and a simple numerical technique based on the operator splitting technique associated with a product formula algorithm is proposed. Some examples concerning the failure analysis of metallic trusses are used to show the effectiveness of the method.