Héctor Edison Merino Muñoz
Resumo
Dutos flexíveis são estruturas compostas constituídas de várias camadas metálicas e poliméricas assentadas concentricamente e projetadas para resistir diferentes carregamentos. Estas estruturas são componentes essenciais no projeto para a operação bem sucedida dos sistemas flutuantes marinhos dedicados à perfuração, produção e exportação de petróleo e gás. Neste trabalho um duto flexível em condição danificada é submetido a cargas de tração e torção combinada com tração. A resposta a cada uma das cargas aplicadas é prevista por meio de um modelo numérico tridimensional não linear baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF) e por meio de um modelo analítico simplificado. Alguns aspectos desta resposta são discutidos tais como: a resposta do duto para diferentes coeficientes de atrito e adesão entre as suas camadas, a influência da restrição ao alongamento e à rotação axial na seção extrema do duto, a influência do nível de tração aplicada nos ensaios de torção e a redistribuição das deformações nos arames nas armaduras de tração do duto à medida que incrementa-se o dano na armadura externa de tração. Os resultados obtidos são comparados com testes experimentais realizados na COPPE/UFRJ. Finalmente os coeficientes de rigidezes (definidos nessa tese) experimentais, numéricos e analíticos obtidos quando o duto esteve na sua condição íntegra e com a sua armadura externa de tração danificada, são correlacionados.
Abstract
Flexible risers are composite structures constituted of several steal and plastic concentric layers designed to meet specific requirements. These structures are key components in the design and successful operation of floating facilities devoted to drill, produce, store or off-load offshore oil and gas. In this work pure tension and combined torsion with tension loads are applied in a damaged unbounded flexible riser. The response to each of the applied loads is predicted with a three-dimensional nonlinear finite element (FE) model and with a simplified analytical model. Some aspects of these responses are discussed such: the pipe response for different friction and adhesion coefficients between its internal layers, the influence of preventing or free the end where the load is applied, the influence of the pre-tension level applied in the torsion tests and the redistribution of strains in the wires of the tensile armours of the riser when increasing the damage in the outer tensile armour are discussed. The estimated results are compared to the ones measured in experimental tests performed at COPPE/UFRJ. Finally, the experimental, numerical and analytical stiffness coefficients (defined in this thesis) obtained when the risers was in its intact and damaged condition, are correlated.
