Proposta e análise de novos sistemas de ancoragem para End Fittings de Risers flexíveis

Abstract

O trabalho apresentado tem como finalidade analisar os sistemas de ancoragem utilizados na fabricação de End Fittings (EF), através de ensaios de dois sistemas de ancoragem alternativos aos utilizados atualmente na indústria. Além disso, é apresentado o desenvolvimento de um modelo de elementos finitos (MEF) que permite a reprodução do comportamento durante o processo de pullout da ancoragem com melhor desempenho. A caracterização dos materiais envolvidos no sistema de ancoragem foi necessária para o desenvolvimento do modelo numérico. Desta forma, o modelo numérico conta com as propriedades elásticas e plásticas dos materiais, fator que influencia o comportamento do sistema assim como os valores de carga necessários para o arrancamento. A comparação das ancoragens propostas foi realizada a partir dos valores de força obtidos por meio de um teste de arrancamento, chamado de pullout. Para isto, arames da armadura de tração de uma linha flowline de 2,5 polegadas foram conformados de acordo à geometria das ancoragens propostas e embebidas em resina epóxi tentando, desta forma, representar de forma simplificada parte do sistema de ancoragem utilizado nos EF. O desempenho das ancoragens foi analisado a partir das curvas de força em função do deslocamento, nas quais se analisou a força máxima de pullout (força máxima de arrancamento), o deslocamento para força máxima de pullout e o valor de rigidez do sistema. Finalmente depois de selecionada a ancoragem com melhor desempenho, os valores experimentais foram comparados com os valores obtidos do modelo numérico, mostrando uma boa aproximação com valores de erro relativo para a força máxima de pullout e rigidez de -1% e 8%, respectivamente. Por fim, propõe-se como trabalho futuro a continuação nos estudos experimentais de pullout com o objetivo de aprofundar o conhecimento sobre os parâmetros que mais influenciam nestes sistemas, através da utilização de novas geometrias e materiais, assim como a normalização do processo de preparação e ensaio das amostras.

The work aims to analyze the anchoring systems used in manufacturing of flexible pipe End Fittings (EF) through the tests of two alternative anchoring systems different of the currently used in the industry. In addition, it is presented the development of a finite element model (MEF) that allows to reproduce the behavior during the pullout process of the anchoring system with the better performance. The characterization of the materials involved in the anchoring system was necessary for the development of the numerical model. In this way, the numerical model include the elastic and plastic properties of materials, factor that influence the behavior of the system as well as the force values needed for the pullout. The comparison of the proposed anchoring systems was performed from the force values obtained through a pullout test. For this, the armor wires of a flowline flexible pipe with a bore of 2.5-inch were conformed according the geometry of the anchoring systems proposed and then were fixed in epoxy resin, trying in this way to represent a simplified form of the anchoring system used in EF. The performance of the anchoring systems was analyzed from the force-displacement curves. The maximum pullout force, the offset for maximum strength of pullout and the stiffness value of the system were used for the analysis. Finally, after selected the anchoring system with better performance, the experimental values were compared with the values obtained from the numerical model. The results showed a good approximation, with a relative error for the maximum pullout force and stiffness of -1% and 8% respectively. As proposal for future works, the author proposes to continue with the experimental studies of pullout in order to enhance the knowledge about the influential parameters in these systems, through the use of new geometries and materials, as well as the standardization of the test samples preparation.