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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-22062016-163310
Documento
Autor
Nome completo
William Corrêa Guttner
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2016
Orientador
Banca examinadora
Pesce, Celso Pupo (Presidente)
Gay Neto, Alfredo
Tanaka, Rafael Loureiro
Título em português
Modelo tridimensional em elementos finitos para a análise de cabo umbilical STU submetido ao carregamento de crushing.
Palavras-chave em português
Cabos umbilicais
Estruturas (Análise)
Estruturas offshore
Método dos elementos finitos
Resumo em português
Este trabalho desenvolve e apresenta um modelo tridimensional em elementos finitos de um cabo umbilical do tipo STU (Steel Tube Umbilical) utilizado na extração offshore de petróleo. Tal modelo é utilizado para estudar o carregamento de crushing, que é imposto ao cabo umbilical pelas sapatas do tensionador durante o seu lançamento, de modo a obter de forma detalhada a distribuição de tensões nos componentes do núcleo, com foco nos tubos de aço utilizados para o transporte de fluidos. A metodologia empregada no desenvolvimento do modelo é descrita detalhadamente ao longo do trabalho, de forma que possa vir a ser utilizada no estudo de outras configurações de cabos umbilicais. O modelo elaborado é utilizado (i) como paradigma para a validação de um modelo bidimensional, que visa analisar o mesmo problema de forma mais simples e rápida, e (ii) para o estudo do comportamento das tensões nos tubos de aço na região de transição de entrada/saída da sapata. Na comparação entre os modelos bi e tridimensional, o trabalho conclui pela validade do modelo bidimensional na avaliação das tensões nos tubos de aço resultantes do carregamento de crushing, na região central do cabo. O estudo realizado na região de transição de entrada/saída da sapata permitiu verificar que ocorre um aumento dos níveis de tensão nos tubos de aço nessas regiões de transição, com redistribuição do campo de tensões após plastificação.
Título em inglês
Three-dimensional finite element model for the analysis of STU umbilical cable subjected to crushing load.
Palavras-chave em inglês
Finite element method
Offshore mechanics
Structural analysis
Umbical cables
Resumo em inglês
This project proposes a three-dimensional finite element model of a Steel Tube Umbilical Cable used in the offshore oil extraction. This model is used to study the crushing load imposed to the cable by the shoes of the tensioner during its installation, in order to obtain a detailed distribution of stresses in the components of the core, focusing on the steel tubes used for fluid transportation. The methodology employed in the development of the model will be fully described throughout the study, allowing to reproduce it in the analysis of different umbilical configurations. The developed model is used (i) as a paradigm for the validation of a two-dimensional model, which aims to analyze the same problem in an easier and faster manner, and (ii) to study the behavior of the stresses in the steel tubes in the entry/exit transition region of the shoe. Comparison between the two and three-dimensional models allows to conclude for the validity of the two-dimensional in evaluating the stresses in the steel tube resulting from the crushing load, in the central region of the cable. The study performed in the entry/exit transition region of the shoe has enabled do verify that there is an increase of the stress levels in the steel tubes in these transition regions, with field stress redistribution after plastification.
 
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Data de Publicação
2016-06-23
 
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  • Guttner, William C., and Pesce, Celso P. On Hamilton?s principle for discrete systems of variable mass and the corresponding Lagrange?s equations [doi:10.1007/s40430-016-0625-4]. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering [online], 2016, vol. online, p. 1-8.
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