Acoplamento de modelos da mecânica do dano e da fratura para avaliação da integridade de estruturas sob efeito do hidrogênio gerado em sistemas de proteção catódica.

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: CARRASCO, Jorge Antonio Palma.
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Campina Grande; Brasil; Centro de Ciências e Tecnologia - CCT; PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS; UFCG
• Palavras-chave em Português: Mecânica do Dano.; Fratura Assistida Pelo Hidrogênio.; Aprisionamento do Hidrogênio.; Superproteção Catódica.; Aço API 5CT P110.; Integridade de Estruturas.; Damage Mechanics.; Hydrogen Assisted Fracture.; Hydrogen trapping.; Cathodic Overprotection.; API 5CT P110 steel.; Structural Integrity.; Ciência e Engenharia de Materiais.
• Link de acesso: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/7193

Este trabalho apresenta uma simulação numérica do processo da fratura assistida pelo hidrogênio no aço API 5CT P110, utilizado em risers de produção de gás e petróleo, sob o efeito do hidrogênio gerado nos sistemas de proteção catódica. As simulações foram efetuadas através de um modelo matemático baseado numa síntese da mecânica da fratura e da mecânica do dano contínuo proposto por Bolotin e Shipkov (2001), que foi aprimorado com a incorporação de uma nova equação de dano por hidrogênio e a substituição dos termos de aprisionamento da equação de transporte de hidrogênio, pelos termos equivalentes do modelo de Turnbull et al. (1989). A fim de obter parâmetros para alimentar o modelo proposto, foram conduzidos testes eletroquímicos e mecânicos em amostras extraídas da parede de um tubo de aço API 5CT P110. Ensaios de permeação de hidrogênio em membranas metálicas, sob diversos potenciais de polarização catódica, foram realizados numa célula eletroquímica de Devanathan-Stachurski. A difusividade foi calculada a partir dos transientes de permeação de cada amostra e o aprisionamento de hidrogênio caracterizado por superposição desses transientes normalizados. A suscetibilidade do aço à fragilização por hidrogênio foi avaliada em testes de tração uniaxial, onde amostras de seção circular, com e sem hidrogênio, foram ensaiadas até a ruptura. Os resultados experimentais mostram que o aprisionamento no aço API 5CT P110 é predominantemente reversível, o que está fortemente associado com a sua susceptibilidade à fragilização por hidrogênio. Os resultados das simulações mostram que os tempos de início e propagação de trincas são altamente dependentes da concentração de hidrogênio no aço e dos mecanismos de aprisionamento, observando-se que a resistência à fragilização por hidrogênio é melhorada com a presença de aprisionadores irreversíveis. Estes resultados guardam consistência com os resultados experimentais e com observações do fenômeno, reportadas na literatura científica especializada.