Inês Sterphanne Gurjão Freitas
Título
DESENVOLVIMENTO DE MODELOS ANALÍTICOS E NUMÉRICOS PARA ANÁLISE DE DUTOS COMPÓSITOS OFFSHORE
Resumo
Dutos compósitos termoplásticos (TCPs, Thermoplastic Composite Pipes) e dutos flexíveis híbridos são avaliados com grande interesse como alternativa aos risers feitos de aço ou aos dutos flexíveis tradicionais. Estes dutos possibilitam múltiplas aplicações a partir da alteração das variáveis de projeto, em função das especificações e restrições de fabricação, segurança e estabilidade, além de não possuírem associação ao SCC (Stress Corrosion Cracking). À vista disso, o presente trabalho desenvolve modelos analíticos e numéricos baseados no Método dos Elementos Finitos (MEF) que permitem a análise do comportamento de TCPs e dutos flexíveis híbridos offshore quando submetidos a carregamentos axissimétricos, tais como tração, torção, pressão interna, pressão externa, bem como carregamentos térmicos. Foram realizadas análises sob diferentes carregamentos e uma boa concordância entre as respostas analíticas e numéricas foi encontrada. Além disso, realizaram-se análises de rigidez, capacidade de carga e influência de diferentes combinações de laminações em um duto flexível híbrido. A depender do carregamento, as previsões de falha podem indicar a armadura de tração ou o laminado compósito. Além disso, as lâminas do compósito apresentam diferentes atuações para as direções de tensões, e determinadas orientações de fibra terão mais eficiência em uma direção que em outra, sob um carregamento ou outro. Assim, ressalta-se a importância de utilização de lâminações com orientações combinadas.
Abstract
Thermoplastic composite pipes (TCPs) and hybrid flexible pipes are being evaluated with great interest as an alternative to risers made of steel or traditional flexible pipes. These pipelines allow for multiple applications based on changing design variables, depending on manufacturing specifications and restrictions, safety and stability, in addition to not being associated with SCC (Stress Corrosion Cracking). In view of this, the present work develops analytical and numerical models based on the Finite Element Method (FEM) that allow the analysis of the behavior of TCPs and offshore hybrid flexible pipes when subjected to axisymmetric loads, such as tensile, torsion, internal pressure, pressure external temperature, as well as thermal loads. Analyzes were performed under different loadings and good agreement between analytical and numerical responses was found. In addition, analyzes of stiffness, load capacity and influence of different combinations of laminations in a hybrid flexible pipe were carried out. Depending on loading, failure predictions may indicate tensile reinforcement or composite laminate. In addition, composite plies show different performance for stress directions, and certain fiber orientations will be more efficient in one direction than another, under one load or another. Thus, the importance of using laminations with combined orientations is highlighted.
