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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2006.tde-27112006-172735
Document
Author
Full name
Fernando Dotta
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2006
Supervisor
Committee
Ruggieri, Claudio (President)
Bittencourt, Tulio Nogueira
Dias, Carlos Alberto Nunes
Mattar Neto, Miguel
Proenca, Sergio Persival Baroncini
Title in Portuguese
Previsão da pressão de colapso em dutos para transporte de gás e petróleo contendo defeitos planares incorporando curvas de resistência J-R: uma abordagem micromecânica utilizando critérios locais.
Keywords in Portuguese
Células computacionais
CTOA
Curvas R
Elementos finitos
Mecânica da fratura
Pressão de colapso
Abstract in Portuguese
Este estudo estende a abordagem micromecânica baseada em células computacionais e a abordagem baseada em deformação utilizando o critério de CTOA para descrever extensão dúctil de trincas longitudinais em dutos de aços de elevada tenacidade sob alta pressão. Ensaios laboratoriais realizados em aços API 5L X60 e X70 utilizando corpos-de-prova padronizados de fratura com trinca profunda, produzem os resultados necessários para medir as curvas de resistência à propagação de trincas e calibrar os parâmetros dos modelos de Gurson e CTOA para estes materiais. O foco central deste trabalho é a aplicação da metodologia de células computacionais e o critério de CTOA para prever as pressões de colapso medidas experimentalmente em dutos de paredes finas contendo trincas longitudinais. O programa experimental inclui espécimes pré-trincados com 508 mm (20") e 219 mm (8 5/8") com diferentes profundidades de trincas. Foram conduzidas análises de elementos finitos, sob estado plano de deformações e no contexto 3D pleno utilizando modelos detalhados dos dutos para descrever a extensão de trinca com o incremento de pressão. As simulações numéricas demonstram a eficiência e limitações de ambas as abordagens para descrever a resposta de crescimento de dúctil e prever a pressão de colapso para os dutos testados. Enquanto o critério de CTOA ainda parece ter limitada aplicabilidade para prever o comportamento dúctil dos dutos, a previsão da resposta dúctil do dutos pré-trincados utilizando o modelo de células computacionais mostrou boa concordância com as pressões de colapso medidas experimentalmente.
Title in English
Burst pressure prediction of gas and oil pipelines with planar defects incorporating J-R resistance curves: A micromechanics approach using local criteria.
Keywords in English
Burst pressure
Computational cells
CTOA
Finite elements
Fracture mechanics
R curves
Abstract in English
This study extends a micromechanics approach based upon the computational cell methodology incorporating the Gurson model and a deformation-based approach using the CTOA criterion to describe ductile crack extension of longitudinal crack-like defects in high pressure pipeline steels. Laboratory testing of API 5L X60 and X70 steels at room temperature using standard, deeply cracked fracture specimens provides the data needed to measure the crack growth resistance curve and to calibrate the Gurson and the CTOA parameters for these materials. A central focus of the paper is the application of the cell methodology and the CTOA criterion to predict experimentally measured burst pressures for thin-walled gas pipeline containing longitudinal cracks. The experimental program includes precracked pipe specimens with 508 mm (20 inches) O.D. and 219 mm (8 5/8 inches) O.D. with varying crack depth to thickness ratios (at). Plane-strain and full 3D computations are conducted on detailed finite element models for the pipe specimens to describe crack extension with increased pressure. The numerical simulations demonstrate the effectiveness and limitations of both approaches to describe crack growth response and to predict the burst pressure for the tested pipes. While the CTOA criterion still appears to have limited applicability to predict ductile cracking behavior for the pipe specimens, the cell model predictions of the ductile response for the precracked pipes show good agreement with experimentally measured burst pressures.
 
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Publishing Date
2006-12-19
 
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