Fatigue damage assessment based on the hot-spot stress approach in offshore tubular KT joints

Autor: Bianca Vieira Ávila
Přispěvatelé: Hermes Carvalho, José António Fonseca de Oliveira Correia, Rodrigo Barreto Caldas, Tiago João Fazeres Marques Ferradosa
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A expansão da indústria offshore tem sido notória nas últimas décadas, seja na busca pelo petróleo e gás ou na produção de energia eólica. Devido ao meio na qual estão inseridas, essas estruturas estão submetidas à carregamentos cíclicos de origem ambiental como ventos e ondas e, por consequência, sujeitas à danos por fadiga que podem resultar desde o aparecimento e crescimento de trincas até o colapso total da estrutura. Por muito tempo as tensões nominais foram utilizadas na avaliação e estudo da resistência à fadiga, porém, essa abordagem é limitada e não considera os efeitos de descontinuidades geométricas e concentração de tensões. A abordagem de tensão de hot-spot, por outro lado, tem sido proposta em códigos e recomendações como na IIW (2016) e DNV (2019) por apresentar resultados mais confiáveis. Por esta razão, este estudo objetiva avaliar o dano por fadiga de 2 juntas tubulares KT que integram uma estrutura de suporte offshore do tipo jacket. Para isso, as juntas em questão são estudadas analiticamente e numericamente através do software ABAQUS utilizando o método das tensões hot-spot descrito nas recomendações IIW (2016) e DNV (2019). No método numérico a influência da geometria da solda é também avaliada. A tensão de hot-spot é obtida através do método analítico proposto pela DNV-RP-C203 (2019) que é derivado da combinação de equações analíticas do fator de concentração de tensão propostas por Efthymiou (1988) e do método de superposição de tensões. O dano por fadiga é obtido através do método de acumulação de dano simplificado proposto pela DNV-RP-C203 (2019). Os resultados mostraram maior conservadorismo nas recomendações da IIW (2016) em relação aos métodos numéricos e analíticos da DNV (2019). Em relação à influência da solda no modelo sólido, devido às simplificações adotadas, foi observado uma modesta variação nas tensões o que não implicou em mudanças significativas devido a consideração da geometria do cordão de solda. The expansion of the offshore industry has been noticeable in the last few decades, whether in the production of oil and gas or wind energy. Due to the environment to which they are inserted, these structures are subjected to cyclical loads of environmental origin such as winds and waves, and consequently, they are subject to fatigue damage that can result from the growth of cracks to the structure collapse. Nominal stresses have long been used in the assessment and study of fatigue strength; however, this approach is limited and does not consider the effects of geometric discontinuities and stress concentration. On the other hand, the hot-spot stress approach has been proposed in codes and recommendations as in IIW (2016) and DNV (2019) for presenting more reliable results. For this reason, this study aims to assess the fatigue damage of a tubular KT-joint that integrate a jacket-type offshore support structure. For this, the joints are studied analytically and numerically using the ABAQUS software through the hot-spot stress method described in the IIW (2016) and DNV (2019) recommendations. In the numerical modelling, the influence of the weld geometry is also evaluated. The hot-spot stresses are calculated using the analytical method proposed by DNV-RP-C203 (2019) derived from Efthymiou's analytical equations for the stress concentration factor, combined with the stresses superposition. The fatigue damage evaluation is calculated through the simplified fatigue analysis proposed by DNV (2019). The results showed greater conservatism in the IIW (2016) recommendations in comparison to the numerical and analytical methods presented in DNV (2019). Regarding the influence of the weld on the solid model, due to the simplifications adopted, a modest variation in the stresses was observed, which did not imply significant changes due to the consideration of the weld geometry.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: