Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9WGHJM
Type: Dissertação de Mestrado
Title: Avaliação do uso de placas tracionadas para simular o ensaio de tubos de parede fina pressurizados internamente
Authors: Pedro Freire Filgueiras
First Advisor: Ernani Sales Palma
First Referee: Alexander Mattioli Pasqual
Second Referee: Emerson Giovani Rabello
Third Referee: Ronaldo de Faria Antunes
Abstract: Sabe-se que tubos de parede fina, isto é, com grande razão diâmetro-espessura (D/t), pressurizados internamente têm um estado de tensões similar ao de uma placa tracionada. O objetivo deste trabalho é avaliar a adequação do uso da placa plana para simular o ensaio de um tubo de parede fina pressurizado internamente com trinca radial através do método dos elementos finitos. Pretende-se obter uma primeira visão de quais características geométricas e mecânicas poderiam tornar a aproximação admissível. O estudo foi suportado por ensaios mecânicos para obtenção de propriedades em tração e de resistência ao crescimento de trinca de um aço comumente utilizado na indústria do petróleo. A análise da resistência ao crescimento de trinca foi realizada utilizando a teoria da mecânica da fratura elastoplástica. Foi mostrado que para tubos espessos, D/t10, a placa não pode ser utilizada para simular o ensaio em tubos. Por outro lado, para tubos de parede fina, D/t25, a hipótese mostrou-se verdadeira em condições onde a instabilidade à fratura ou o colapso plástico é plenamente dominante como mecanismo de falha. Para a primeira, os erros encontrados para a aproximação foram menores do que 1% para comprimentos de trinca menores do que 15% da espessura. Na instabilidade plástica, caso a carga de colapso seja determinada pela seção nominal, os erros encontrados foram de 11,4%. Foi mostrado que esta diferença é função da relação limite de escoamento-limite de resistência à tração do material, sendo inferior a 5% caso a relação seja superior a 0,9. Caso a instabilidade plástica seja determinada pela seção líquida, os erros encontrados entre a placa e o tubo de parede fina foram inferiores a 1%. Em caso de extensa plastificação e os dois mecanismos sejam importantes para a falha, a mecânica da fratura elastoplástica perde sua validade e o estudo não foi conclusivo.
Abstract: High diameter-to-thickness ratio (D/t) cylinders under internal pressure are ideally subjected to the same stress state than a plate under traction. The objective of this work is to evaluate, through finite-element modeling, if it is adequate to use a flat plate to simulate tests of thin-walled cylinders with radial crack-like flaw internally pressurized. It is aimed to establish a frame of geometric and mechanical characteristics that could validate this hypothesis. Mechanical tests were performed to define the stress-strain behavior under traction and the crack-growth resistance curve of a steel frequently used by the oil & gas industry. The theory of elastic-plastic fracture mechanics was used to analyze the crack-growth resistance. The results showed that the use of a plate is not adequate to simulate thick-walled cylinders with D/t10. On the other hand, for D/t25, i.e., thin-walled cylinders, the hypothesis might be valid if fracture instability or plastic collapse is the fully dominant failure mechanism. If the former is dominant, the difference between the use of a plate and a cylinder was found to be less than 1% for crack lengths up to 15% of the wall thickness. For the latter, if the limit load is defined by the nominal cross section, the difference was 11.4%. It was showed that this difference is function of the yield-to-tensile stress ratio, being less than 5% for ratios above 0.9. If the limit load is defined by the ligament, the difference was found to be less than 1%. If both plastic collapse and fracture instability play an important role as failure mechanism, the elastic-plastic fracture mechanics loses validity. Thus, for this last case, this study was not conclusive.
Subject: Elasticidade
Plasticidade
Projetos mecânicos
Engenharia mecânica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9WGHJM
Issue Date: 21-Nov-2014
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
pedrofilgueiras.pdf9.55 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.