Estimativa de vida à fadiga de elos de correntes metálicas de sistemas de ancoragem assumindo flexão fora do plano

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Barros, Lucas de Oliveira
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48626
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.
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spelling Estimativa de vida à fadiga de elos de correntes metálicas de sistemas de ancoragem assumindo flexão fora do planoSistema de ancoragemFadiga (Mecânica)Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.Neste trabalho é realizado um estudo analítico e numérico da vida à fadiga de elos de corrente pertencentes ao sistema de ancoragem de Unidades Flutuantes de Produção, Armazenamento e Descarga (FPSO). Inicialmente, equações são propostas para o cálculo da tensão normal no ponto crítico ou hotspot, levando em consideração tensões normais geradas por cargas axiais e a flexão cíclica que ocorre fora do plano principal dos elos, denominada como Flexão fora do plano (OPB). Tais equações analíticas consideram o ângulo de operação dos sistemas de ancoragem, o ângulo de travamento dos elos e ângulo de rotação do fairlead. Nestes sistemas, devido ao elevado nível de carga trativa, as ligações entre elos acabam por trabalharem como um sistema engastado, como consequência das elevadas forças de atrito geradas. O comportamento de engaste entre os elos gera forças transversais que contribuem para a amplificação da flexão fora do plano. Os carregamentos se dão devido as condições de operações da plataforma FPSO, como o manuseio, transporte e armazenamento do petróleo e fenômenos naturais como correntes marítimas e ventos, contribuindo para as solicitações aleatórias nas amarras. Toda a modelagem para o estudo numérico é feita no programa comercial ABAQUS CAE®, considerado como o material das correntes o aço offshore de Grau R4. Já a validação das equações analíticas é feita comparando os valores de tensão calculados com os obtidos através das simulações numéricas do sistema amarra-fairlead, em que foi observada uma correlação satisfatória. São gerados carregamentos com amplitudes constante e variável, tal como, histórico de carregamentos aleatórios, sempre entre a carga operacional mínima e máxima do sistema, que corresponde a 1/6 e 1/3 da carga mínima de ruptura (MBL) do elo da corrente. Com base na abordagem de Smith-Watson-Topper (SWT), estimou-se a vida à fadiga da corrente, considerando o valor analítico da tensão no ponto crítico com base apenas na contribuição de carregamento axial e posteriormente devido às contribuições axial e OPB. Por fim, verificou-se que as equações analíticas foram capazes de determinar os valores de tensões nos pontos críticos e que o efeito da tensão normal no hotspot devido ao OPB pode causar perdas severas na vida à fadiga do componente.Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF).In this work, an analytical and numerical study of the fatigue life of chain links belonging to the mooring system of Floating Production, Storage and Offloading Units (FPSO) is carried out. Initially, equations are proposed for calculation the normal stress at hotspot, taking into account normal stresses generated by axial loads and the cyclic bending that occurs outside the main plane of the links, called Out-of-Plane Bending (OPB). The analytical equations consider the operating angle of the anchoring systems, the interlink angle of the links and the angle of rotation of the fairlead. In these systems, due to the high level of tractive load, the connections between links end up working as a crimped system, as a result of the high frictional forces generated. The crimp behavior between the links generates transverse forces that contribute to the amplification of out-of-plane bending. The loadings are due to the operating conditions of the FPSO platform, such as the handling, transport and storage of oil and natural phenomena such as sea currents and winds, contributing to random requests on the moorings. All the modeling for the numerical study is done in the commercial program ABAQUS CAE®, considering offshore steel Grade R4 as the material for the chains. The validation of the analytical equations is performed by comparing the calculated tension values with those obtained through numerical simulations of the mooring-fairlead system, in which a satisfactory correlation was observed. Loads are generated with constant and variable amplitudes as well as random loading histories, always between the minimum and maximum operating load of the system, which corresponds to 1/6 and 1/3 of the minimum breaking load (MBL) of the chain link. Based on the Smith-Watson-Topper (SWT) approach, the fatigue life of the chain was estimated, considering the analytical value of the stress at hotspot based only on the axial loading contribution and later on due to the axial and OPB contributions. Finally, it was verified that the analytical equations were able to determine the stress values at hotspot and that the effect of normal stress in the hotspot due to OPB can cause severe losses in the fatigue life of the component.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasMalcher, LucivalBarros, Lucas de Oliveira2024-07-09T11:35:20Z2024-07-09T11:35:20Z2024-07-092023-08-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBARROS, Lucas de Oliveira. Estimativa de vida à fadiga de elos de correntes metálicas de sistemas de ancoragem assumindo flexão fora do plano. 2023. 102 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48626porA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-09T11:35:20Zoai:repositorio.unb.br:10482/48626Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-09T11:35:20Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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