Correlação da fenomenologia da fratura dúctil de gasodutos e corpos de prova dinâmicos de Charpy e DWTT empregando o modelo GTN a aços avançados classe API

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Moço, R. F.
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo
• Palavras-chave em Português: Mecânica de fratura; Plásticos Resistência; Gasodutos - fratura dúctil
• Link de acesso: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/87

O desenvolvimento de protocolos robustos para avaliação da integridade estrutural de dutos para transporte de gás é de extrema importância, já que uma falha pode levar não só a elevado prejuízo financeiro, mas também a perda de vidas humanas. Nesse cenário, a capacidade do material de frear a propagação de uma trinca existente (crack arrest) passa a ser um requisito de projeto. Diversos modelos empíricos, calibrados por meio de ensaios reais de explosão de dutos (burst tests), foram propostos para essa finalidade e dentre eles destacase o Batelle Two Curve Method (BTCM). Com a evolução dos aços houve um aumento significativo de ductilidade e tenacidade, de forma que os modelos semi-empíricos calibrados pela energia absorvida no ensaio de impacto Charpy (ISO 148-1, ASTM E-23) passaram a apresentar resultados insatisfatórios. Isso é explicado pelo fato de que nos materiais atuais, que são muito dúcteis e tenazes (X65, X80, X100, etc.), o mecanismo dominante de propagação da fratura é o colapso plástico localizado. Dessa forma, para um melhor entendimento fenomenológico desse processo de fratura, esse trabalho caracteriza mecanicamente ensaios dinâmicos de impacto Charpy e DWTT (ASTM E-436) com o intuito de compreender o campo de tensões e isolar as parcelas de energia envolvidas nesse processo para então comparar apenas a parcela associada à propagação estável de fratura dúctil com a energia disponível em um duto para frear uma trinca em propagação. Para isso, desenvolve-se uma metodologia de análise numérica baseada na utilização do modelo micromecânico de dano de Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) por células computacionais, sendo conduzida, inclusive, uma análise de sensibilidade dos parâmetros envolvidos no modelo. Conclui-se que a metodologia apresentada é robusta, uma vez que foi capaz de reproduzir com precisão resultados experimentais obtidos de publicações sobre o assunto. A análise de sensibilidade foi primordial para a calibração da metodologia, ainda, as análises energéticas e de campo de tensões indicam que o espécime DWTT, por possuir maior ligamento remanescente e mesma espessura do duto, possibilita propagação estável e é mais representativo do estado de tensões desse. Os resultados numéricos para o duto apresentam forte influência do modelo de despressurização e tamanho de elemento da célula computacional. Parece haver uma correlação entre a energia associada à propagação da fratura dúctil, triaxialidade e ductilidade, sendo necessário mais estudo nesse campo.