Nas extremidades dos dutos flexíveis utilizados na indústria petroleira offshore são instalados os end fittings, ou conectores. Uma parte fundamental deste componente é o sistema de ancoragem, que consiste nos arames de aço da armadura de tração embebidos em resina epóxi, onde seu propósito é transmitir os esforços que provêm do duto. Este estudo tem como objetivo apresentar uma avaliação de três diferentes resinas epóxi (Huntsman: SW404/HY404, AW4804/HW4804 e XAW1395/HY950) comparando as propriedades mecânicas e a influência do ambiente de serviço, a fim de definir qual melhor se adequa para este fim. As propriedades mecânicas das resinas epóxi foram determinadas através de ensaios de compressão, tração, cisalhamento, pullout e medições de dureza. Os denominados ensaios de pullout representam um modelo simplificado do sistema de ancoragem e possibilitam o estudo da interface entre a resina e o aço da armadura de tração. Para avaliar o efeito da exposição do polímero às condições ambientais de serviço, amostras foram envelhecidas numa solução de água marinha na temperatura constante de 60°C, durante um período de 6 meses. Após este período, realizaram-se ensaios de compressão, cisalhamento e pullout, cujos resultados foram comparados com os obtidos de amostras sem nenhum período de exposição. A influência das elevadas temperaturas sobre a propriedade de adesão nas diferentes resinas foi avaliada mediante ensaios de pullout realizados à temperatura de 100°C. Além disto, foi realizada uma análise térmica através de ensaios de TGA e DMTA. Por fim, às propriedades determinadas nos diferentes ensaios e medições lhes foram atribuídas um peso quantitativo de acordo com sua importância dentro do sistema de ancoragem. Os valores das propriedades e seus pesos foram introduzidos a uma matriz de análise de multicritérios, que permitiu selecionar a resina epóxi com a melhor combinação de propriedades para ser aplicada em end fittings. Finalmente, é proposta a determinação de alguns parâmetros adicionais das resinas epóxi para complementar o estudo realizado / End fittings are components that are installed at the ends of flexible pipes used in the offshore oil industry. A fundamental part of this component is the anchoring system, which consists of the steel wires of the tensile armour embedded in epoxy resin, which its purpose is to transmit the loads that come from the pipe. This study aims to present an evaluation of three different epoxy resins (Huntsman: SW404/HY404, AW4804/HW4804 e XAW1395/HY950), comparing the mechanical properties and studying the influence of the service environment, in order to define which material is best suited for this application. The mechanical properties of the epoxy resins were determined by tests such as compression, tensile, shear and pullout tests and hardness measurements. The pullout tests represent a simplified model of the anchoring system and they allow the study of the interface between the resin and the steel of the tensile armour. To evaluate the effect of the exposition of the polymer material to environmental conditions found in service, some samples were immersed in a bath of sea water at a constant temperature of 60°C during a period of 6 months. After this period, compression, shear and pullout tests were performed and the results were compared with those obtained from samples without degradation. The influence of the high temperatures on the adhesion property of the different epoxy resins was evaluated with pullout tests performed at a temperature of 100°C. Furthermore, a thermal analysis was realized through TGA and DMTA tests. Finally, to the properties determined in the different tests and measurements were given a quantitative weight according to their importance within the anchoring system. The values of the properties and their weights were introduced into a matrix of multicriterial analysis that allowed selecting the epoxy resin with the best combination of properties to be applied in end fittings. Finally, it was proposed the determination of other epoxy resins parameters to complement this study.

Os aspectos estatísticos inerente à excitação provocada pelas condições ambientais sobre embarcações amarradas são estudados de forma a estabelecer parâmetros aceitáveis para avaliação da qualidade da resposta dinâmica não-linear de longo prazo das linhas de amarração, em termos de vida em fadiga e do risco de ruptura estática. A abordagem proposta subdivide a resposta de longo prazo numa sequência de eventos de curto prazo, nos quais o processo aleatório é considerado estacionário, embora não necessariamente de banda estreita. Nesses termos, o comportamento dinâmico não-linear das linhas de amarração pode ser tomado na sua essência fundamental, sem a necessidade de simplificações de grande vulto. Como parte do procedimento de cálculo, propõe-se que as tensões de curto prazo sejam obtidas por integração direta, no domínio do tempo, do equilíbrio dinâmico de cada linha isolada de amarração, nos moldes já hoje consubstanciados em programas de computador comercialmente disponíveis. Finaliza-se com a apresentação de um exemplo de aplicação do método, para o caso da plataforma semi-submersível GVA 4500 da Petrobrás, que vai operar na Bacia de Campos numa lâmina d\'água ao redor de 1000 m . Atende-se com este trabalho, portanto, alguns dos anseios estabelecidos no \"Programa de Capacitação Tecnológica em Sistemas de Exploração para Águas Profundas (PROCAP)\" da citada empresa, buscando cumprir o objetivo de colocar o conhecimento tecnológico nacional adaptado à realidade do país, tornando-o menos dependente da importação de tecnologias estrangeiras, nem sempre, ou quase nunca, voltadas às nossas reais necessidades. / The inherent statistic aspects due to environmental loads acting on moored vessels are investigates in order to obtain reliable parameters to evaluate the long-term non-linear dynamics response of the mooring lines, as for the fatigue life and the risk of static failure. The proposed approach divides the long-term response into a sequence of short-term events, in which the random process is regarded as stationary, but not narrow band. Thus the non-linear dynamic behavior of the mooring lines can be treated on its fundamental essence, without large simplifications. As part of the calculation procedure, the short-term tensions are obtained by integrating directly the equations of motion for each single mooring line, as performed by the available commercial computer programs. Finally an example of application is presented, for the Petrobrás semisubmersible platform GVA 4500, that will be operating at Bacia de Campos in a water depth of 1000 m. This work goes toward the aims of the \"Programa de Capacitação Tecnológica em Sistemas de Exploração para Águas Profundas (PROCAP)\", in order to take the national technological knowledge adapted to the country actuality, and avoid the importation of foreign technologies, that are, almost never, turned to our actual needs.

O trabalho apresentado tem como finalidade analisar os sistemas de ancoragem utilizados na fabricação de End Fittings (EF), através de ensaios de dois sistemas de ancoragem alternativos aos utilizados atualmente na indústria. Além disso, é apresentado o desenvolvimento de um modelo de elementos finitos (MEF) que permite a reprodução do comportamento durante o processo de pullout da ancoragem com melhor desempenho. A caracterização dos materiais envolvidos no sistema de ancoragem foi necessária para o desenvolvimento do modelo numérico. Desta forma, o modelo numérico conta com as propriedades elásticas e plásticas dos materiais, fator que influencia o comportamento do sistema assim como os valores de carga necessários para o arrancamento. A comparação das ancoragens propostas foi realizada a partir dos valores de força obtidos por meio de um teste de arrancamento, chamado de pullout. Para isto, arames da armadura de tração de uma linha flowline de 2,5 polegadas foram conformados de acordo à geometria das ancoragens propostas e embebidas em resina epóxi tentando, desta forma, representar de forma simplificada parte do sistema de ancoragem utilizado nos EF. O desempenho das ancoragens foi analisado a partir das curvas de força em função do deslocamento, nas quais se analisou a força máxima de pullout (força máxima de arrancamento), o deslocamento para força máxima de pullout e o valor de rigidez do sistema. Finalmente depois de selecionada a ancoragem com melhor desempenho, os valores experimentais foram comparados com os valores obtidos do modelo numérico, mostrando uma boa aproximação com valores de erro relativo para a força máxima de pullout e rigidez de -1% e 8%, respectivamente. Por fim, propõe-se como trabalho futuro a continuação nos estudos experimentais de pullout com o objetivo de aprofundar o conhecimento sobre os parâmetros que mais influenciam nestes sistemas, através da utilização de novas geometrias e materiais, assim como a normalização do processo de preparação e ensaio das amostras. / The work aims to analyze the anchoring systems used in manufacturing of flexible pipe End Fittings (EF) through the tests of two alternative anchoring systems different of the currently used in the industry. In addition, it is presented the development of a finite element model (MEF) that allows to reproduce the behavior during the pullout process of the anchoring system with the better performance. The characterization of the materials involved in the anchoring system was necessary for the development of the numerical model. In this way, the numerical model include the elastic and plastic properties of materials, factor that influence the behavior of the system as well as the force values needed for the pullout. The comparison of the proposed anchoring systems was performed from the force values obtained through a pullout test. For this, the armor wires of a flowline flexible pipe with a bore of 2.5-inch were conformed according the geometry of the anchoring systems proposed and then were fixed in epoxy resin, trying in this way to represent a simplified form of the anchoring system used in EF. The performance of the anchoring systems was analyzed from the force-displacement curves. The maximum pullout force, the offset for maximum strength of pullout and the stiffness value of the system were used for the analysis. Finally, after selected the anchoring system with better performance, the experimental values were compared with the values obtained from the numerical model. The results showed a good approximation, with a relative error for the maximum pullout force and stiffness of -1% and 8% respectively. As proposal for future works, the author proposes to continue with the experimental studies of pullout in order to enhance the knowledge about the influential parameters in these systems, through the use of new geometries and materials, as well as the standardization of the test samples preparation.

O surgimento de juntas é inevitável em certas construções em concreto armado e para garantir que a estrutura trabalhe de forma monolítica, deve-se proporcionar uma adequada transferência de esforços entre os elementos, para isso, faz-se necessário dispor de uma emenda adequada entre os elementos. Emendas com barras retas ocupam muito espaço devido ao comprimento de traspasse necessário, dessa forma, em situações em que há uma limitação de espaço para a emenda, uma armação que constitui uma boa solução é a emenda por meio de laço, que, apesar de ter poucos estudos relacionados, vem sendo bastante difundida na construção civil. O objetivo desse trabalho é estudar o comportamento de emendas em laço em juntas de estruturas de concreto armado submetidas à tração. Para isso, realizam-se simulações numéricas no software DIANA® em modelos numéricos 3D. Inicialmente, fez-se a calibração do modelo numérico com base em ensaios experimentais da literatura, depois foi realizada uma análise paramétrica variando parâmetros geométricos das peças e da armação em laço. Os resultados mostraram que traspasses menores que o diâmetro de dobra dos laços e espaçamentos maiores que 100 mm se mostram insuficientes para a formação de bielas de compressão entre laços. Dessa forma, ao se utilizar emendas em laço em juntas de concreto armado, recomenda-se dispor as barras o mais próximo possível até um espaçamento máximo de 60 mm entre eixos, como também um traspasse mínimo igual ao diâmetro de dobra dos laços. / The appearance of joints is inevitable in certain constructions of reinforced concrete and aiming to guarantee that the structure works monolithically, it is important to provide an appropriate transfer of stresses between elements, for that, it is necessary using a proper overlapping between them. Straight bars overlappings take up too much space due to the required overlapping length, therefore, in limited space situations, a reinforcement that represents a good solution is the loop joint, which has spread a lot in civil construction, although there are very few studies about it. The aim of the present work is to study the loop joint behaviour in reinforced concrete structures under tension. In order to do so, numerical simulations with numerical 3D models are made using the software DIANA®. Initially, it was made the calibration of the numerical model based on experimental tests of the literature, after that, parametric analyses were performed, varying geometric parameters of the elements and of the loop reinforcement. The results showed that overlapping lengths smaller than the loop diameter and distances between loops axes greater than 100 mm are not sufficient for the development of compression struts between loops. Thus, when the loop joint in reinforced concrete structures is used, it is recommended that the bars are placed as near as possible until a distance between the loops axes of 60 mm and a minimum overlapping length equal to the loop diameter of the reinforcement.

O objetivo deste estudo foi analisar, por meio do método dos elementos finitos, como ocorreram as distribuições de tensões nos dentes, osso e aparelho ortodôntico, durante a fase de retração por deslizamento (150g), em um caso com extrações. Simularam-se duas posições do gancho (mesial e distal de canino), duas alturas do gancho (4 e 9mm) e duas alturas posteriores (gancho do tubo do molar e no miniimplante, a 9mm do arco). A amostra consistiu do corte axial da TCFC, de uma mulher de 17 anos de idade, com dentes bem nivelados. Foi desenvolvido um modelo 3D, da geometria da hemi-maxila direita e um modelo numérico, para obter os regimes de tensões e deformações gerados em um sistema de movimentação ortodôntica, por meio do software ANSYS® versão 12.0. Os sólidos dos braquetes e do fio ortodôntico foram incluídos a partir das dimensões fornecidas pelo fabricante. A montagem de todos os componentes foi feita por meio do SolidWorks 2009 SP4.1. A partir do cálculo das respostas do modelo, às cargas a que foi submetido, verificou-se que, os dentes que sofreram maiores concentrações de tensões foram os justapostos aos ganchos, sendo mais intensas as do gancho mesial, particularmente nos incisivos laterais. Embora, a solicitação de tensões no arco tenha sido semelhante em todos os modelos, na posição distal do gancho, houve maior concentração de tensões na extensão imediatamente distal. Os modelos com ganchos de 4mm, diferente aos de 9mm, apresentaram distribuições de tensões mais uniformes, causando menos estresse aos dentes e osso e semelhante ao arco. O modelo com vetor de força direcionado do gancho da mesial do canino ao miniimplante foi o único que mostrou variações, mostrando distribuições de forças mais elevadas na região anterior e posterior ao ser comparado com o vetor de força direcionado ao tubo do primeiro molar. / The aim of this study was to evaluate, by means of finite element analysis, the tensions distrubutions on the teeth, bone and orthodontic appliance, during en-masse retraction sliding mechanics (150g), in an extraction case. It was taken into account two hook positions (mesial and distal to the canine), two hook heights (4mm and 9mm) and two posterior heights ( the first molar tube and the mini-implant, located 9mm from the archwire). The sample of this study consisted of an axial cut realized in a cone beam computed tomography of a 17 years old woman with leveling teeh. It was developed a 3D computed model of a right hemi-maxilla and a computednumerical model capable of getting the systems tensions and deformations generated from an orthodontic moviment system, through a finite element software, ANSYS® 12.0. Observing manufactores specifications, brakets and archwire solids were included in this solid geometric model. The assembly of all componentes were made though the SolidWorks 2009 SP4.1 software. The loads model responses were calculated. The bigger concentration of tension were on the teeth located between the hook. The model with the mesial hook, suffered more intense tensions, mainly on lateral incisors. Although, the tensions request on the archwire were similars in all models, when the hook was located distaly, there were more intense tensions in its immediately distal extension. The 4mm hook models, compared with the 9mm, presented more uniform tensions distribution causing less stress to the teeth and bone and similar to the archwire. The only model that demonstrated variations, was the model with the vector force from the mesial hook and to the mini-implant. This model, demostrated higher tensions distributions on the anterior and posterior region if compared to the first molar tube vector force.

[pt] Esta pesquisa teve como objetivo avaliar o efeito do jateamento de partículas (shot-peening) sobre a vida-fadiga do aço estrutural R4, largamente adotado na fabricação de componentes estruturais para sistemas de ancoragem de unidades flutuantes. Inicialmente, amostras cilíndricas do material foram retiradas das seções retas de elos tipo Kenter. Em seqüência, algumas amostras foram temperadas e revenidas em diferentes tempos de tratamento, com o objetivo de se promover uma homogeneidade microestrutural, bem como propriedades mecânicas similares àquelas dos elos tratados industrialmente. As amostras foram submetidas a ensaios de dureza e tração e, com base nos resultados, providenciou-se o tratamento térmico de todas as amostras. Dando continuidade a etapa experimental, corpos de prova para ensaios de fadiga foram usinados das amostras tratadas e submetidos a jateamento com microesferas de aço temperado sob pressões de 20 psi, 30 psi e 40 psi. Finalmente, corpos de prova nas condições sem jateamento e após jateamento foram submetidos a ensaios de fadiga por flexão rotativa, com o objetivo de se levantar a curva tensão versus número de ciclos para a falha (curva S-N) do aço estrutural R4 nas diferentes condições de superfície. A extensão da vida em fadiga do aço estrutural R4 foi relacionada com o jateamento de microesferas. De acordo com os resultados, houve uma influência benéfica do tratamento de superfície sobre a vida-fadiga do material. Tal influência foi caracterizada por um maior número de ciclos para a falha e aumento do limite de resistência à fadiga. Os resultados mostraram que a extensão da vida útil esteve diretamente relacionada com a intensidade do jateamento, significando que uma maior intensidade de jateamento provocou uma maior extensão da vida-fadiga do material. / [en] The objective of the present work was to evaluate the effect of shot peening on the fatigue life of a grade R4 structural steel, largely adopted for fabricating offshore mooring chains. Initially, cylindrical samples of the material were cut of from the straight sections of Kenter links. In the sequence, a number of specimens were austenitized ed and tempered making use of different treatment times, in order to promote a microstructural homogeneity as well as mechanical properties similar to those associated with industrial heat treatments. The specimens were subjected to hardness and tensile tests and on the basis of the results, all samples were heat treated. After that, fatigue specimens were machined from the treated samples and shot peened with quenched steel shots under pressures of 20 psi, 30 psi and 40 psi. Finally, rotating bend fatigue tests were performed with unpeened and shot peened specimens aiming to establish the stress-life curves of the grade R4 structural steel. The fatigue life extension of the grade R4 structural steel was related to the shot peening. Regarding the results, the surface treatments affected the fatigue life of the material beneficially. This influence was characterized by a longer fatigue cycles and a fatigue life improvement. The results showed that the fatigue life extension was directly related to the shot peening intensity, i.e., the fatigue life extension has increased when increasing the shot peening intensity.

[pt] O presente trabalho apresenta um estudo da influência dos tratamentos térmicos de têmpera e revenido sôbre a resistência à fratura do aço estrutural R4, adotado na fabricação de elos para sistemas de ancoragem de unidade offshore e soldados pelo processo de centelhamento. Corpos de prova do tipo CT foram retirados da região da solda dos elos, usinados com orientação L-R e submetidos a diferentes tratamentos térmicos de têmpera (temperaturas de austenitização de 810, 840, 870 e 900ºC) e revenido (640 e 680ºC), num total de quatro condições microestruturais. Após pré-trincamento em fadiga, os corpos de prova foram submetidos a carregamento monotônico em tração, com o objetivo de se determinar a resistência à fratura do material com base no parâmetro CTOD (Crack Tip Opening Displacement). Os resultados do ensaio de CTOD demonstraram que houve uma redução da resistência à fratura do aço estrutural R4 com o aumento da temperatura de austenitização (810, 840 e 870°C) e temperatura de revenido de 640°C. Entretanto, para maiores temperaturas de austenitização (900°C) e revenido (680°C), houve um aumento do parâmetro CTOD. Modificações microestruturais no material causadas pelos tratamentos térmicos foram associadas com as variações da tenacidade. / [en] This study has been made concerning the influence of quenching and tempering heat treatments on the fracture resistance of a grade R4 structural steel, largely used for fabricating offshore mooring chains by flash welding. CT specimens were taken from the welded joints region in L-R and machined following orientation and subjected to different quenching (austenizing temperatures of 810, 840, 870 and 900ºC) and tempering (640 ºC and 680ºC) treatments, in a total of four microstructural conditions. After fatigue precracking, the specimens were monotonically loaded in tension in order to determine the fracture resistance of the material on the basis of the CTOD (Crack Tip Opening Displacement) parameter. The results of the CTOD tests showed that the fracture resistance of the grade R4 structural steel has decreased when increasing the austenitizing temperature (810, 840 and 870°C) and tempering at 640ºC. However, when adopting higher austenitizing (900°C) and tempering (680° C) temperatures, the parameter CTOD has increased. The microstructural modifications caused by the heat treatments were associated with the toughness modifications.

Submitted by Juliana da Costa Lisbôa (julianalisboa86@hotmail.com) on 2018-09-10T11:26:11Z No. of bitstreams: 1 Juliana C Lisboa.pdf: 1704367 bytes, checksum: 0a852a606d663babe8ff1cd313f64b57 (MD5) / Approved for entry into archive by Silvana Alvarez null (silvana@ict.unesp.br) on 2018-09-10T19:21:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lisboa_jc_me_sjc.pdf: 1704367 bytes, checksum: 0a852a606d663babe8ff1cd313f64b57 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-10T19:21:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lisboa_jc_me_sjc.pdf: 1704367 bytes, checksum: 0a852a606d663babe8ff1cd313f64b57 (MD5) Previous issue date: 2018-07-13 / A perda do primeiro molar é uma situação comum na rotina do consultório e com isso surgem alternativas de tratamento para reabilitação, sendo uma delas, o fechamento de espaço através da mesialização do segundo molar. O uso de mini- implante proporciona ancoragem máxima, costuma ser bem tolerado pelo paciente e se destaca pela facilidade de instalação e remoção, apresentando dessa maneira desempenho clínico bastante favorável. O objetivo desse estudo foi analisar a distribuição de tensões em modelo que simula a mesialização de molar inferior utilizando diferentes tipos de mini-implantes. Embasado no método dos elementos finitos foi obtido modelo ósseo de mandíbula por recomposição de uma tomografia computadorizada realizada pelo software Invesalius (CTI, São Paulo, Brasil). O desenho do segundo molar foi obtido por técnica de recomposição tomográfica. Elementos de ancoragem auto-perfurantes da marca Neodent e também auto-rosqueantes da marca Titanium Fix foram desenhados e modelados por ferramenta de revolução do perfil desenhado no software Rhinoceros 3D, inseridos ao bloco ósseo e então submetidos a cargas de 200 cN. Os resultados foram calculados e analisados pelo programa Ansys 17.0 para verificação por meio da análise de mapas de deslocamento e tensões máximas principais, principalmente do osso cortical e indicaram que, dentro do modelo experimental, o ligamento periodontal apresentou valores baixos de tensão máxima principal, porém dentro dos valores fisiológicos para prover a movimentação, com visualização de áreas de compressão e de tração com escala entre 0,1 a -0,1 MPa. Concluiu-se que a carga testada permite a deslocamento dentário porém com tendência a giroversão. / The loss of the first molar is a common situation in the routine of the dentist and with this treatment alternatives for rehabilitation arises, one of them being the closure of space through the mesialization of the second molar. The use of mini-implants provides maximum anchorage, is well tolerated by the patient and stands out for ease installation and removal, thus presenting a very favorable clinical performance. The objective of this study was to analyze the stress distribution in a model that simulates the inferior molar mesialization using different types of mini- implants. Based on the finite element method, a mandible bone model was obtained by recomposing a computerized tomography performed by invesalius software (CTI, São Paulo, Brazil). The second molar design was obtained by a technique similar to the tomographic recomposition. Neodent self-piercing anchoring elements and also Titanium Fix self-piercing anchors were designed and modeled by a revolution tool in the Rhinoceros 3D software, inserted into the bone block and then subjected to loads of up to 200 cN. The results were calculated and analyzed by the Ansys 17.0 program for verification by means of the analysis of displacement maps and main maximum stresses, mainly of the cortical bone and indicated that, within the experimental model, the periodontal ligament presented low values of main maximum tension, however within the physiological values to provide the movement, with visualization of areas of compression and traction with scale between 0.1 and -0.1 MPa. It was concluded that the load tested allows dental displacement but with a tendency to gyroversion.

[pt] Com o crescimento da demanda de óleo, as empresas de petróleo têm sido forçadas a explorar novas reservas em águas cada vez mais profundas. Em função do alto custo das operações de exploração de petróleo, torna-se necessário o desenvolvimento de tecnologias capazes de aumentar a eficiência e reduzir os custos envolvidos. Neste contexto, a utilização de unidades flutuantes torna-se cada vez mais freqüente em águas profundas. O posicionamento das unidades flutuantes durante as operações de exploração de óleo é garantido pelas linhas de ancoragem, que são estruturas flexíveis compostas, geralmente, por trechos de aço, amarras e/ou cabos sintéticos. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um Algoritmo Genético (AG) para solucionar o problema da disposição das linhas de ancoragem de unidades flutuantes utilizadas nas operações de exploração de petróleo. A distribuição das linhas de ancoragem é um dos fatores que influencia diretamente nos deslocamentos (offsets) sofridos pelas unidades flutuantes quando submetidas às ações ambientais, como ventos, ondas e correntes. Desta forma, o AG busca uma disposição ótima das linhas de ancoragem cujo objetivo final é a minimização dos deslocamentos da unidade flutuante. Os operadores básicos utilizados por este algoritmo são mutação, crossover e seleção. Neste trabalho, foi adotada a técnica steady-state, que só efetua a substituição de um ou dois indivíduos por geração. O cálculo da posição de equilíbrio estático da unidade flutuante é feito aplicando-se a equação da catenária para cada linha de ancoragem com o objetivo de se obterem as forças de restauração na unidade, e empregando-se um processo iterativo para calcular a sua posição final de equilíbrio. / [en] With the increasing demand for oil, oil companies have been forced to exploit new fields in deep waters. Due to the high cost of oil exploitation operations, the development of technologies capable of increasing efficiency and reducing costs is crucial. In this context, the use of floating units in deep waters has become more frequent. The positioning of the floating units during oil exploitation operations is done using mooring lines, which are flexible structures usually made of steel wire, steel chain and/or synthetic cables. This work presents the development of a Genetic Algorithm (GA) procedure to solve the problem of the mooring pattern of floating units used in oil exploitation operations. The distribution of mooring lines is one of the factors that directly influence the displacements (offsets) suffered by floating units when subjected to environmental conditions such as winds, waves and currents. Thus, the GA seeks an optimum distribution of the mooring lines whose final goal is to minimize the units´ displacements. The basic operators used in this algorithm are mutation, crossover and selection. In the present work, the steady- state GA has been implemented, which performs the substitution of only one or two individuals per generation. The computation of the floating unit´s static equilibrium position is accomplished by applying the catenary equilibrium equation to each mooring line in order to obtain the out-of-balance forces on the unit, and by using an iterative process to compute the final unit equilibrium position.

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.