Marcelo Noboro Ralim Miyazaki
Título
NUMERICAL AND ANALYTICAL APPROACHES FOR FLEXIBLE PIPES END FITTINGS DESIGN AND STRUCTURAL OPTIMIZATION
Resumo
Esta tese aborda o processo de montagem de conectores de dutos flexíveis, com foco na plastificação dos fios de armadura tração. Métodos de elementos finitos e analíticos são utilizados para modelar o processo de montagem, com ênfase nas etapas de dobramento, retorno elástico e desdobramento. Dois modelos de plasticidade (cinemático e perfeitamente plástico) são avaliados, sendo o modelo cinemático mais preciso e validado por simulações em elementos finitos em escala real. Equações constitutivas são integradas ao modelo analítico para abordar o alívio de tensões pós-montagem, cargas operacionais e fadiga. A metodologia de Planejamento de Experimentos permitiu avaliar diferentes configurações de conectores e cargas, revelando o impacto significativo das modificações geométricas nos resultados de tensões e fadiga. A modelagem de otimização explora o custo de produção, equilibrando o alívio de tensões e as restrições estruturais. O estudo destaca a importância de fatores geométricos na influência dos níveis de tensão e no desempenho em fadiga. As metodologias desenvolvidas oferecem uma estrutura robusta para otimização do projeto do EF, melhorando a integridade estrutural e a eficiência de custos, enquanto atendem às exigências operacionais.
Abstract
This thesis addresses the EF (End Fitting) assembly of flexible pipes, focusing on the plasticization of tensile armor wires as a key challenge. Finite element (FE) and analytical methods are employed to model the assembly process, emphasizing folding, spring back, and unfolding steps. Two plasticity models (kinematic and perfectly plastic) are evaluated, with the kinematic model proving more accurate, validated against full-scale FE simulations. Constitutive equations are integrated into the analytical model to address post-assembly stress relief, operational loads, and fatigue. Design of Experiments (DoE) methodology enhances the model’s capability to evaluate tensile armor wire stresses under various configurations, revealing the significant impact of geometric modifications on stress and fatigue outcomes. Optimization modeling explores cost-efficient designs while balancing stress relief and structural constraints. The study highlights the importance of geometric factors, such as residual radius, in influencing stress levels and fatigue performance. The developed methodologies offer a robust structure for EF design optimization, improving structural integrity and cost-efficiency while meeting operational requirements.
