[pt] Segundo Muhlbauer [1], 25 % dos acidentes com dutos são
causados por corrosão. Com o envelhecimento da malha
dutoviária, os acidentes tendem a ser mais freqüentes ou
seus custos de manutenção majorados. Isto porque as
metodologias atuais são, em sua maioria, demasiadamente
conservativas. Com o surgimento de novas técnicas de
inspeção e o avanço da microinformática, justifica-se o
investimento em pesquisa e no desenvolvimento de
metodologias numéricas mais fiéis ao comportamento mecânico
do defeito, mantendo a segurança dos dutos e assegurando a
competitividade econômica de suas operadoras. Neste
trabalho utilizou-se nove espécimes tubulares de aço API 5L
X60, com comprimento nominal de 2 m, diâmetro de 323 mm e
espessura de 9.53 mm. Nestes espécimes foram usinados
defeitos por eletroerosão com o objetivo de simular
corrosão. Esses defeitos tinham espessura residual de 3 mm
(30% da espessura nominal), 95.3 mm de largura (10 vezes a
espessura nominal) e comprimentos entre 250 e 525 mm. Estes
espécimes foram instrumentados com extensômetros de
resistência elétrica especiais para grandes deformações
plásticas e foram pressurizados até sua ruptura. Baseado
nas geometrias dos corpos de prova existentes construiu-se
modelos para a análise numérica. Esta análise utilizou o
elemento sólido de oito nós por exigir um tempo
computacional menor que o de 20 nós. Com relação ao
elemento de casca, o elemento sólido de 8 nós modela melhor
a geometria do defeito e o perfil de deformações
elastoplásticas ao longo da espessura. Inicialmente foram
feitas análises lineares. Estas foram seguidas de análises
não-lineares, onde utilizou-se as propriedades reais do
material de cada tubo. Os valores obtidos nestas análises
foram confrontados com os valores experimentais de
deformações elastoplásticas medidas, com o objetivo de
validar o modelo numérico, obtendose boa correlação.
Durante a validação do modelo analisou-se o critério de
ruptura numérico a ser adotado, a influência de pequenas
variações da espessura, a influência do raio de adoçamento
entre a superfície externa do defeito e as paredes íntegras
do tubo, os incremento ótimos de pressão interna, e a
importância do uso das propriedades mecânicas do material
específico de cada tubo. Este trabalho faz uma análise
completa dos espécimes tubulares, conseguindo desenvolver
uma metodologia capaz de reproduzir o experimento. Ponderam-
se todos os fatores que influenciam uma análise não-linear
e concluiu-se que a ruptura experimental acontece dentro
de uma faixa de valores cujos limites dependem do critério
de ruptura adotado. Verificou-se que esta faixa está
compreendida entre a pressão que causa tensão equivalente
de Mises igual à tensão de ruptura do material no primeiro
elemento e a instabilidade numérica, que ocorre quando
todos os elementos ao longo da espessura, em qualquer
região do defeito, atingem a tensão equivalente de Mises
igual à tensão de ruptura verdadeira do material. Nos casos
estudados, esta faixa teve limites distantes entre si da
ordem de 0.4 MPa, abaixo de 2% da pressão de ruptura. / [en] According to Muhlbauer [1], 25% of the accidents with
pipelines are caused by corrosion. The aging of the
pipelines lead to an increase in the frequency accidents
associated with an increase in maintenance costs. To keep
accident frequency low, maintenance costs increase mainly
because the current methodologies to predict failure and
analyse pipe integrity are generally, overly conservatives.
The new inspection techniques coming forth and the
computers progress, it have justified the investment in
research and in the development of numeric methodologies to
preserve pipeline integrity and assure the economical
competitiveness of their operators. Nine tubular specimens
of steel API 5L X60, with 2 ms nominal length, 323 mms and
9.53 mms thickness were used. Defects were fabricated using
spark erosion to simulate corrosion. The defects had
residual thickness of 3 mm (30% of the nominal thickness),
95.3 mms width (10 times the nominal thickness) and lengths
between 250 and 525 mm. The pipe specimens were
instrumented with high elongation strain gage rosettes for
great plastic deformations and they were pressurized until
bursting. For the Finite element models were built based on
the geometries of the specimens. In this analysis it was
used the solid element of eight nodes because they demanded
a smaller processing time than the one of 20 nodes.
Regarding the shell element, the solid element of 8 nodes
represent better the defect`s geometry and gives the values
of elastoplastic strain along the thickness. Initially a
linear analysis was carried out. These analysis were
following by non-linear analysis, where it had been used
the real properties of the material in pipe. The values
obtained in these analysis were confronted with the
experimental values of the elastoplastic strain measured,
with the objective of validating the numeric model, had
being obtained good correlation. During the validation of
the model the numeric rupture criterion was analyzed to be
adopted. This analyses included an investigation on the
influence of small thickness variations , the influence of
the radius between walls of the defects, the optimum
increment of pressure and the importance of the mechanical
properties. This research does a complete analysis of the
tubular specimens, getting to develop a methodology able to
reproduce the experiment. All the factors that influence a
non-linear analysis were considered and the conclusion was
that the experimental rupture happens inside of a range of
values whose limits depend on the rupture criterion
adopted. It was verified that this range includes the
pressure that causes equivalent Misess stress equal to the
stress of materials in the first element and the numeric
instability. This instability happens when all of the
elements along the thickness, in any point of the defect,
reaches the equivalent Misess stress equal to the true
failure stress of the material. In the studied cases, this
range had distant limits amongst themselves of the order of
0.4 MPa, below 2% of the rupture pressure.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:2813 |
| Date | 02 August 2002 |
| Creators | JORGE LUIZ COUTINHO DINIZ |
| Contributors | JOSE LUIZ DE FRANCA FREIRE |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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