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COBEF 2023
12th Brazilian Congress on Manufacturing Engineering
Determinação da vida à fadiga de correntes offshore sob carregamento com amplitude constante
Submission Author:
Lucas de Oliveira Barros , GO , Brazil
Co-Authors:
Lucas de Oliveira Barros, Lucival Malcher
Presenter: Lucas de Oliveira Barros
doi://10.26678/ABCM.COBEF2023.COF23-0098
Abstract
Este estudo aborda a aplicação do método de elementos finitos, através do software comercial ABAQUS, para estudo e análise dos elos de corrente, tais pertencem ao sistema de ancoragem de plataformas flutuantes. Essas plataformas são responsáveis pela exploração e extração de petróleo. Para tal, será realizado uma análise numérica das tensões nos hotspots dos elos para obter equações que descrevem o comportamento das amarras. Desta forma, foi levado em consideração a flexão cíclica que ocorre fora do plano principal dos elos, denominada como flexão fora do plano. De acordo com a American Petroleum Institute, o dimensionamento dos elos que compõe os sistemas de ancoragem, consideram apenas cargas normais, não levando em consideração a flexão fora do plano. Devido os carregamentos presentes nos sistemas de ancoragem, temos a elevação da força de atrito resultante no contato entre os elos, fazendo-o que os elos tenham um comportamento de engaste. O comportamento de engaste entre os elos, geram forças transversais que contribuem para a flexão fora do plano. Os carregamentos se dão devido as condições de operações que acontecem dentro da plataforma, como o manuseio, transporte e armazenamento do petróleo e fenômenos naturais como correntes marítimas e ventos, essas condições contribui para as solicitações nas amarras. Esses sistemas de ancoragem foram dimensionados para ter uma durabilidade de mais de vinte anos, mas foram identificadas falhas prematuras em menos de dois anos de operação. Para a modelagem de todo o conjunto das amarras no ABAQUS, foi considerado como o material das correntes o aço offshore pertencente ao grau R4, tal material utilizado no cenário petrolífero. O conjunto a ser simulado no ABAQUS possui cinco elos, dois semi-elos e coroa fairlead, que é responsável por guiar os elos, tal conjunto é denominado como amarra-fairlead. A modelagem passou por simulações considerando o ângulo de enrolamento de 17° e 60°, aplicando cargas oscilando entre 200 e 400 ton. Com as simulações é possível validar os hotspots nos elos de interesse e identificar a influência do ângulo de enrolamento das amarras. Após a validação é possível obter equações de forma analítica, que descreve o comportamento das solicitações em todo o conjunto amarra-fairlead. Assim, foram desenvolvidas equações para as contribuições de carga axial e momento fletor. Por fim, foi calculada a vida à fadiga dos elos, utilizando o critério de fadiga SWT e considerando um carregamento com amplitude constante.
Keywords
Amarra-Fairlead, Pontos Críticos, Aço grau R4, Correntes de amarração, SWT
