Análise Numérica de Tubulações Sujeitas a Flambagem

Apresentação em tema: "Análise Numérica de Tubulações Sujeitas a Flambagem"— Transcrição da apresentação:

1 Análise Numérica de Tubulações Sujeitas a Flambagem
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia Análise Numérica de Tubulações Sujeitas a Flambagem Luiz Bortolan Neto Roberto Dalledone Machado Mildred Balin Hecke Outubro de 2008

2 Motivação Dutos estão sendo empregados mundialmente como meios de transporte de petróleo e seus derivados; Devido às longas distâncias que as tubulações devem percorrer, estas ficam sujeitas às irregularidades do relevo (e.g. morros e vales); Geralmente, acidentes envolvendo tubulações de transporte de petróleo e seus derivados causam grandes desastres ambientais.

3 Principais Causas de Ruptura em Tubulações
Deslizamentos de terra Corrosão Flambagem Fadiga

4 Flambagem Jan/2000 Baía da Guanabara
Duto de ligação entre a Refinaria de Duque de Caxias e um terminal na Baía da Guanabara 1,29 milhão de litros Causa: flambagem termomecânica Fonte: Cardoso (2005)

5 Objetivo e Método Obtenção da carga crítica de flambagem de tubulações em encostas sujeitas a deslizamentos de terra. Aplicação do Método dos Elementos Finitos utilizando a formulação apresentada por Souza (2005) através da linguagem computacional FORTRAN.

6 Elemento Finito 3 Nós 5 Graus de Liberdade por Nó
Adota a hipótese da viga de Bernoulli (exclui deformações de cisalhamento) Solo é representado por molas elásticas idealmente plásticas Não considera flambagem local nas paredes do duto Aplicável para análises: linear física, não-linear física e não-linear geométrica

7 Elemento Finito x y z x1=-1 x2=0 u3 v3 w3 qz3 qy3 u2 v2 w2 qz2 qy2 u1
Sendo: ui – deslocamento longitudinal vi – deslocamento vertical wi – deslocamento lateral qzi – rotação em z qzi – rotação em y

8 Elemento Finito x y z

9 Validação do Elemento Exemplo apresentado por Souza (2005)
Utilizados 11 elementos e 10 passos de carga Análise não-linear geométrica

10 Validação do Elemento Comparação entre os deslocamentos verticais
These results outline the good agreement between the values of the vertical displacements obtained by the present work and the values obtained by Souza (2005).

11 Carga Crítica de Flambagem
Solução Analítica L = 100 m E = 205 GPa I = 1.69 × 10-2 m4 Pcr = kN

12 Carga Crítica de Flambagem

13 Tubulação em Encosta Sujeita a Deslizamentos de Terra

14 Tubulação em Encosta Sujeita a Deslizamentos de Terra
Malha de 11 elementos e 23 nós 100 passos de carga Considerados 4 casos diferentes

15 Tubulação em Encosta Sujeita a Deslizamentos de Terra
Caso 1

16 Tubulação em Encosta Sujeita a Deslizamentos de Terra
Caso 2

17 Tubulação em Encosta Sujeita a Deslizamentos de Terra
Caso 3

18 Tubulação em Encosta Sujeita a Deslizamentos de Terra
Caso 4

19 Tubulação em Encosta Sujeita a Deslizamentos de Terra
Comparação entre as Cargas Críticas obtidas

20 Tubulação em Encosta Sujeita a Deslizamentos de Terra
Comparação de tensões no ponto de aplicação da carga crítica Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 sy: 420 MPa

21 Conclusões Destaca-se a necessidade de um bom conhecimento dos carregamentos que devem ser suportados por uma tubulação, mesmo em situações não previstas inicialmente; A formulação de elementos finitos aqui utilizada mostrou-se válida para a avaliação de tubulações com não-linearidades materiais sujeitas a carregamentos em que os efeitos não-lineares geométricos tem um papel fundamental, como a flambagem.

22 Referências Souza, L. A. F., Análise não-linear via elementos finitos de um modelo de vigas para dutos enterrados. MSc. Dissertation, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, Brazil. Cardoso, C. O., Metodologia para Análise e Projeto de Dutos Submarinos Submetidos a Altas Pressões e Temperaturas Via Aplicação do Método dos Elementos Finitos. DSc. Thesis, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil.