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.

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.

Este trabalho objetivou o conhecimento do comportamento estrutural de um sistema solo-tubo plástico flexível de paredes estruturadas frente a cargas permanentes sobre a tubulação e carregamentos móveis, como os provenientes de tráfego de veículos. Para o estudo, foram construídas valas em verdadeira grandeza na Área de Pesquisas e Testes de Pavimentos DAER-RS/UFRGS em Porto Alegre, RS, onde se dispõe de um equipamento simulador de tráfego, utilizado para aplicação de cargas estáticas e cíclicas na superfície dos sistemas solo-tubo. As variáveis independentes controladas são o grau de compactação do material que envolve o tubo e altura do mesmo material sobre o tubo. As variáveis medidas são a deflexão do tubo sob carregamento do simulador e o deslocamento permanente causado pela carga de solo sobre o tubo. O controle de compactação do material de envolvimento do tubo foi realizado com três equipamentos diferentes e os resultados foram comparados. Os resultados de deflexão e deslocamento pemanente foram utilizados para cálculo dos valores de módulo de reação E' do maerial de envolvimento do tubo e foram comparados com os encontrados na literatura. Constatou-se o comportamento elástico dos tubos sob carregamento repetido, e no caso em que o tubo é instalado muito próximo da superfície, as deflexões no sistema são de tal magnitude que chegam a ser prejudiciais ao pavimento construído sobre a vala. Ficou comprovada a importância da cuidadosa compactação do material de envolvimento do tubo para o bom desempenho estrutural do sistema solo-tubo flexível. / This work aimed at the knowledge of the structural behavior of a ribbed flexible plastic buried pipe system undergoing permanent loads on the piping and mobile loads, as the ones deriving from the traffic of vehicles. For this study, full scale ditches were built at the DAER-RS/UFRGS Pavement Research and Test Area in Porto Alegre, RS, where there is a equipment for simulating traffic, used for applying both static and cyclic loads on the ditch surface. The controled independent variables are the involving material density and the height of this material on the pipe. The variables measured are the pipe deflection under simulator load and the permanent displacement caused by the soil load on the pipe. The compaction control of involving material was carried out with three different types of equipment and results were compared. The results for pemanent deflection and displacement were used to calculate the Modulus of Soil Reaction (E') values of the involving material and these were compared to the ones found in the literature. The pipe elastic behavior under repeated load was observed, and where the pipe is installed too close to the surface, the system deflections are of such magnitude that they affect the pavement built over the ditch. The careful compaction of the involving material proved to be of paramount importance to a good structural performance of the flexible buried pipe system.

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.

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.

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Composite materials are under consideration for the replacement of steel helical tendons in unbonded flexible pipes utilized by the offshore oil industry. Higher strength to weight ratios and increased corrosion resistance are the primary advantages of a composite material for this application. The current study focuses on the life prediction of a PPS/AS-4 carbon fiber composite proposed for the above employment. In order to accomplish this task, the properties of the material were experimentally characterized at varying temperatures, aging times and loadings. An analytic technique was developed to predict tensile rupture behavior from bend-compression rupture data. In comparison to tensile rupture tests, bend-compression rupture data collection are uncomplicated and efficient; thus, this technique effectively simplifies and accelerates the material characterization process. The service life model for the flexible pipe composite armor was constructed with MRLife, a well established performance simulation code for material systems developed by the Materials Response Group at Virginia Tech. In order to validate MRLife for the current material, experimental data are compared to life prediction results produced by the code. MRLife was then applied to predict the life of the flexible pipe composite armor in an ocean environment. This analysis takes into account the flexible pipe structure and the environmental and mechanical loading history of an ocean service location. Several parameter studies of a flexible pipe in a hypothetical environment were conducted. These analyses highlight certain loadings and conditions which are particularly detrimental to the life of the material. / Master of Science

A Engenharia Offshore está sempre em evolução, motivada pela busca de novos poços de petróleo, o que acarreta em maiores lâminas dágua e demanda novas tecnologias que tornem o processo viável. Neste contexto, não apenas novos tipos de plataformas são desenvolvidas, mas também novos tipos de tubos flexíveis e cabos umbilicais. A maior dificuldade de gerar esses novos tipos de cabos é determinar a sua viabilidade. Tubos flexíveis e cabos umbilicais são de difícil modelagem, devido à interação entre as camadas, além de difícil concepção, dada a grande variedade de componentes e o grande número de configurações possíveis. O processo de concepção desses cabos é baseado nas funções que os elementos que os compõem têm de cumprir, levando aos tipos de componente que serão utilizados. O processo consiste em definir as funções que o cabo deverá executar e selecionar os elementos que o irão compor. Esse processo deve levar em conta as características estruturais e respeitar restrições definidas no projeto. Com o objetivo de tornar o processo de concepção desses cabos menos laboriosa, propõe-se neste trabalho uma ferramenta computacional do tipo CAD (do inglês Computer Aided Design), bem como um modelo de mecânica interna para tratar da interação entre as camadas. A ferramenta CAD aqui proposta difere das demais por facilitar em muito a definição do cabo e de suas funções. Ela inclui ainda ferramentas de verificação da configuração final através de um modelo 3D. Ela permite ao usuário criar uma configuração totalmente nova a partir de uma biblioteca de elementos previamente definido. O software ainda oferece a visualização tridimensional, que facilita a verificação de certos erros de projeto intrínsecos a esses tipos de cabo bem como a visualização de resultados advindos do modelo. Outra possibilidade que o CAD traz é a utilização de seus módulos bi e tridimensional como pré e pós processadores de outros modelos, não somente o proposto aqui. Isso aumenta em muito as possibilidades de utilização. Propõe-se um modelo de elementos finitos com elementos feitos sob medida, denominados aqui como macro-elementos. Nessa modelagem, os elementos são descritos com mais detalhes, procurando levar em conta as características dos elementos físicos que pretendem representar, minimizando o número de elementos necessários para descrever o problema como um todo. Com esse tipo de abordagem, pretende-se utilizar todas as potencialidades dos modelos numéricos, como por exemplo o abrandamento de certas hipóteses, com as do modelo analítico, incorporando características do elemento físico no modelo matemático. Nesse trabalho propõe-se elementos cilíndricos para capas e tubos equivalentes, elementos de tendão e elementos de ligação e contato. / The offshore industry is in constant evolution due to the need of reaching new oil fields in increasingly water depths. In this scenario, not only new types of platforms are being designed, but also new types of flexible pipes and new umbilical cable configurations. The greatest difficulty to generate a new concept for a riser is to determine if it is viable or not. Flexible pipes and umbilical cables are complicated to model, due to the interactions between their layers, and to design, due to the great variety of components and possible arrangements. The design of those elements is based on the functions they are intended to perform, leading to the elements that will be selected. The process consists on defining the cable features and selecting the elements that will compose it. The process should take into account the desired structural characteristics and must respect constraints defined in the project. Aiming to turn the conception of these cables into a less laborious process, this work proposes Computer Aided Design (CAD) software, as well an internal mechanic model to deal with the layer interaction. The CAD tool proposed in this work differs from the others by making the cable definition and functions easier. It also includes tools for verification of the cable using a 3D model. It makes possible to the user to create a totally new configuration based on a predefined component library. The software also has a tri-dimensional visualization module, which makes the verification of certain errors attached to the project of such cables, as well enables the visualization of results from the model. Another possibility that the CAD offers is the use of the two and three-dimensional modules as pre- and post processors for other models, not only the one proposed here. This greatly increases its usage possibilities. It is also proposed a finite element model with custom-made elements, called here macro-elements. In this modeling, the elements are described with more details, taking into account the characteristics of the targeted physical elements, minimizing the number of the necessary elements to describe the problem as a whole. With this kind of approach, one intends to utilize all the potentialities from both numerical models, such as the relaxation of certain hypothesis, and analytical models, bundling into the mathematical model the physical characteristics of the element. It is proposed in this work cylindrical elements for sheaths and equivalent tubes, tendon elements and contact and connection elements.

Tubos flexíveis são amplamente utilizados na indústria offshore. Essas estruturas são empregadas no transporte de fluidos, na exploração de petróleo em águas profundas. Suas diversas camadas conferem propriedades, como a resistência mecânica e a impermeabilidade, que são importantes em ambientes de condições adversas. A instalação é uma etapa crítica da vida útil dos tubos flexíveis, visto que os carregamentos de lançamento podem danificar a estrutura dos mesmos. As cargas predominantes durante essa etapa são o peso próprio da linha, os esforços de compressão radial que são impostos ao tubo pelas sapatas dos tensionadores e a pressão de estrangulamento aplicada ao tubo pelas armaduras de tração. A magnitude dessas cargas está diretamente associada à profundidade de lançamento. O presente trabalho tem como objetivo a análise qualitativa dos principais parâmetros responsáveis pela falha dos tubos flexíveis quando submetidos aos carregamentos de lançamento. O comportamento do tubo é investigado em função da variação das cargas de esmagamento (crushing) e de estrangulamento (squeezing) com a profundidade de lançamento da linha. Esse estudo é conduzido através da proposição de modelos numéricos baseados no método dos Elementos Finitos. Aspectos importantes de modelagem como a representação do perfil real das camadas metálicas e das sapatas e a avaliação dos contatos entre as camadas são considerados nos modelos propostos. Os parâmetros de investigação são: a quantidade de sapatas e seu ângulo de abertura; a adição da capa polimérica externa e o estudo de seu contato com as sapatas; a rigidez das sapatas; e a profundidade de falha do tubo com atuação simultânea dos carregamentos de esmagamento e estrangulamento. A avaliação da influência desses parâmetros na falha do tubo flexível durante o lançamento é o escopo deste trabalho. Essa análise ainda proporcionou a determinação das regiões de escoamento das camadas metálicas considerando cada uma das variáveis avaliadas. Através deste trabalho, foi possível perceber que todos os parâmetros investigados têm influência na falha do tubo flexível. Alguns, no entanto, como o tipo de contato entre a camada polimérica externa e as sapatas, e a atuação do carregamento de estrangulamento no tubo não atuam de maneira significativa na falha. Assim, foi eleita uma configuração de lançamento a favor da segurança para o tubo investigado com base nos parâmetros estudados. / Flexible pipes are widely used in the offshore industry. These structures are employed in the transportation of fluids in deep-water oil exploitation. Its several layers provide different properties as mechanical strength and tightness that are important for operation in harsh environment condition. The installation procedure is critical in the life cycle of flexible pipes since the installation loads can damage the pipe structure. The prevailing loads during this step are the pipe weight, radial compressive forces applied to the pipe by the shoes of the tensioners, and the squeezing loads applied to the pipe by the tensile armors. The extent of these loads is directly linked with the launching depth. The main goal of this dissertation is the qualitative analysis of the main parameters that leads the pipe to failure by the installation loads. The behavior of the pipe is investigated considering the change in crushing and squeezing loads with the launching depth. This analysis is done through numerical models based on the Finite Element Method. Important modeling assumptions such as the representation of the actual profile of the layers and shoes and contact-pair between the layers are features taken in account into the models presented. The parameters investigated are: the number of shoes and their opening angle; the addition of the external polymeric sheath, and the study of their contact with the shoes; the stiffness of the shoes; and the depth by which the failure of the tube occurs when the crushing and squeezing loads are applied. The scope of this work is the evaluation of these parameters in the tube failure during installation. This analysis also provided to determine the regions of layers yielding considering one of the variables. Through this work, it was noticed that all parameters investigated contribute to the tube failure. However, some of them such as the contact between the external polymeric sheath and shoes, and the squeezing load do affect significantly to failure. Therefore, a launching configuration was chosen respecting the safety of the pipe, and based on the parameters investigated.

A armadura de tração de dutos flexíveis é a camada responsável por suportar as cargas axiais destes equipamentos em campo. Com a tendência de aumento das profundidades de exploração e produção de petróleo offshore, principalmente dos campos do pré-sal brasileiro, faz-se necessário o uso de materiais com desempenho superior. Este trabalho buscou avaliar e comparar dois aços de alta resistência mecânica para tal aplicação, um predominantemente perlítico e outro martensítico. Durante a vida em serviço destes componentes, eles sofrem tensões axiais cíclicas associadas ao processo de corrosão, que gera pites como concentradores de tensões. Considerando estes aspectos, os materiais foram avaliados segundo seu comportamento à fadiga sem e com a presença de um pequeno defeito conhecido, que atua como um entalhe e busca simular um pite de corrosão. Além disso, esses materiais foram caracterizados metalúrgica e mecanicamente e sua tenacidade à fratura foi estimada via o método do CTOD. A partir dos dados experimentais, foi quantificada a sensibilidade ao entalhe, guiada essencialmente pelo processo de iniciação de trinca, ao passo que a tenacidade à fratura não foi decisiva. O material martensítico apresentou desempenho superior em fadiga e menor sensibilidade ao entalhe e mostrou-se promissor para a aplicação como arame da armadura de tração. / The tensile armor of flexible pipes is the layer responsible for support axial loads of this equipment in field. With the trend of deep increase in offshore oil exploration and production, mainly in pre-salt fields, the use of materials with high performance becomes necessary. The aim of this dissertation is evaluate and compare two high strength steels for such application, one with perlite and other with martensitic matrix. During service life of these components, they are damaged by cyclic loading associated with corrosion process which promote corrosion pits like stress concentrators. Considering these aspects, the materials were evaluated according their fatigue behavior with and without a small defect that act as a notch and simulates a corrosion pit. In addition, they were characterized metallurgical and mechanically and their fracture toughness was estimated through CTOD test. From experimental data, notch sensitivity was quantified. This was driven by initiation process, and fracture toughness was not decisive. The martensitic material showed higher fatigue performance and lower notch sensitivity and presented itself promising for tensile armor wire application.