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Thèses |
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WILL JOSÉ DE LIMA JÚNIOR
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IDENTIFICAÇÃO DE DANOS EM VIGAS VIA ANÁLISE MODAL
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Leader : WAYNE SANTOS DE ASSIS
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MEMBRES DE LA BANQUE :
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WAYNE SANTOS DE ASSIS
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ADEILDO SOARES RAMOS JUNIOR
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HIGOR SÉRGIO DANTAS DE ARGÔLO
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Data: 20 févr. 2020
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Este trabalho busca contribuir no campo de pesquisa de identificação de danos em vigas com base nas propriedades modais, propondo estudos de sensibilidade em dois modelos numéricos, que serão elaborados em software comercial de elementos finitos, a saber: uma viga biapoiada de concreto simples e uma viga biengastada de aço, para avaliar a fiabilidade de quatro métodos de identificação de dano único e dano múltiplo: (1) Diferença da Curvatura Modal, (2) Indicador Baseado em Dados dos Modos de Vibração, (3) Mudança da Energia de Deformação Modal e (4) Mudança da Energia de Deformação Modal Reformulada, propondo-se ainda a modificação dos dois primeiros métodos. Os resultados obtidos mostraram que o método Mudança da Energia de Deformação Modal, apesar da dificuldade existente quanto à aplicação prática na engenharia, identificou os danos corretamente, o método Mudança da Energia de Deformação Modal Reformulada se mostrou promissor e os métodos modificados propostos apresentaram melhor desempenho em relação aos originais.
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LUIS PHILIPE RIBEIRO ALMEIDA
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Modelos Probabilísticos para Análise de Propagação de Fissuras em meios Coesivos via Método dos Elementos de Contorno
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Leader : EDUARDO TOLEDO DE LIMA JUNIOR
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MEMBRES DE LA BANQUE :
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EDSON DENNER LEONEL
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EDUARDO TOLEDO DE LIMA JUNIOR
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FÁBIO CARLOS DA ROCHA
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JOAO CARLOS CORDEIRO BARBIRATO
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Data: 27 mars 2020
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Apresenta-se neste trabalho o emprego de formulações do método dos elementos de contorno (MEC) em problemas de fratura e também na análise mecano-probabilística de sólidos fraturados. O MEC é um método adequado para resolução desses tipos de problemas, uma vez que a ausência de malha de domínio resulta em uma modelagem mais eficiente de regiões com alta concentração de tensões. Além disso, a redução de dimensionalidade da malha diminui fortemente os dados de entrada e também o trabalho de remeshing no processo de propagação de fissuras. Com relação a formulação não linear do MEC, será utilizada uma alternativa a formulação clássica dual, com a introdução de um campo de tensões iniciais para representação da zona coesiva e formulado a partir do conceito de dipolos. Esta formulação é particularmente interessante por conseguir representar matematicamente a presença da Zona de Processos Inelásticos (ZPI) em apenas três equações algébricas (equações relacionadas à correção de tensões) por ponto fonte situado no caminho da fissura. Em contraste, a formulação dual requer quatro equações algébricas (deslocamentos e forças) por ponto fonte. Quanto aos efeitos pertinentes ao sistema não linear, serão utilizados dois algoritmos distintos de resolução iterativa, Operador Constante (OC) e Operador Tangente (OT). No acoplamento com modelos da confiabilidade, apenas o OT será utilizado por apresentar respostas satisfatórias em um número menor de iterações. Com relação à análise probabilística, duas abordagens são consideradas, a primeira refere-se ao acoplamento direto entre o modelo numérico e um método de transformação (HLRF/FORM), já a segunda consiste no acoplamento mais simples com o emprego do Método de Monte Carlo. Os parâmetros de fraturamento são tratados como aleatórios e o Método de Confiabilidade de Primeira Ordem (FORM) é empregado para avaliação de fatores de importância bem como probabilidade de falha. Por fim, a técnica de Amostragem inteligente por Hipercubo Latino é também empregada, por apresentar melhores taxas de convergência. Exemplos são apresentados para validar o uso da formulação de dipolos na análise de propagação de fissuras, à luz da confiabilidade estrutural.
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LUCAS DA MATA ROCHA MENEZES
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Otimização de Amortecedores de Massa Sintonizados no Controle de Vibrações em Vigas e Placas
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Leader : EDUARDO NOBRE LAGES
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MEMBRES DE LA BANQUE :
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EDUARDO NOBRE LAGES
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EMERSON FIGUEIREDO DOS SANTOS
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FÁBIO MARTINS GONÇALVES FERREIRA
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JOSÉ GUILHERME SANTOS DA SILVA
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Data: 30 avr. 2020
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A possibilidade de se trabalhar com materiais mais resistentes permite conceber estruturas mais esbeltas e leves que, por sua vez, podem ser mais sensíveis à ação das cargas dinâmicas oriundas do movimento de pessoas, máquinas ou ações da natureza, como o vento. O surgimento e propagação de fissuras, acréscimos de tensão devido a deslocamentos excessivos bem como desconforto aos usuários do empreendimento devido às acelerações que surgem na estrutura são alguns dos problemas estruturais que envolvem a dinâmica. Outra adversidade está relacionada com equipamentos sensíveis instalados em pisos, em que, ao estarem submetidos à determinada (indevida) aceleração, podem sofrer danos. As abordagens mais comumente empregadas para controle dessas vibrações excessivas é o enrijecimento da estrutura, porém em muitos casos este tipo de abordagem é inviabilizada por restrições arquitetônicas, estéticas ou relativa à própria capacidade da estrutura ao sofrer o acréscimo de elementos estruturais pesados para o enrijecimento. Problemas de vibrações em lajes não são incomuns; lajes industriais, por exemplo, estão sujeitas a vários tipos de ações dinâmicas simultâneas provenientes das diversas máquinas em operação instaladas no piso da fábrica. Outro caso são as lajes de academias, salões de festas e outros ambientes com grande movimento de pessoas que geram acelerações no piso. O presente trabalho explora a adoção de sistemas mecânicos de controle de vibrações (amortecedores) acoplados às estruturas, especificamente em vigas e placas, como uma solução alternativa à resolução do problema de engenharia. Utilizam-se ainda técnicas de otimização com o objetivo de obter projetos com a melhor relação custo-benefício de amortecedores. Dessa forma, realiza-se uma modelagem numérica via implementações computacionais do problema de vibração e seu controle em vigas e placas, com os resultados são validados e comparados com exemplos da literatura. Notou-se que, com o processo de otimização, pode-se chegar com a mesma eficiência na resposta estrutural, que utiliza massa e taxa de amortecimento menores.
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IVA EMANUELLY PEREIRA LIMA
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ESTUDO DOS ASPECTOS DE DIMENSIONAMENTO DE ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS COM BASE NA TEORIA DE FLEXÃO EM VIGAS
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Leader : ALINE DA SILVA RAMOS BARBOZA
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MEMBRES DE LA BANQUE :
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ALINE DA SILVA RAMOS BARBOZA
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FLAVIO BARBOZA DE LIMA
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GUSTAVO HENRIQUE SIQUEIRA
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Data: 24 juil. 2020
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Os concretos reforçados com fibras (CRF) apresentam uma menor propagação de fissuras e, consequentemente, promovem para o compósito um acréscimo de tenacidade e resistência residual. Apesar disso, o aumento dessa capacidade só acontece se o concreto for dosado e aplicado de maneira adequada e, para isso, existem códigos de referência que estabelecem aspectos de controle tecnológico e de dimensionamento para o uso do CRF. No entanto, nesses documentos, ao que refere-se a um dos aspectos de dimensionamento, a parcela de força resultante resistente das fibras é descrita para algumas aplicações específicas, onde faz-se a consideração de que a carga máxima corresponde a carga de fissuração, o que pode não se aplicar para concretos que possuam uma orientação preferencial das fibras. Diante disso, sabendo da significativa mudança que a orientação das fibras pode proporcionar, e a fim de determinar a força resultante resistente das fibras na parte tracionada de um concreto fibroso fluido, apresenta-se um estudo relacionado a proposição de um modelo de cálculo de CRF fundamentado nessa definição. O estabelecimento desse modelo foi obtido com base na teoria de flexão em vigas, a partir do ensaio de flexão a três pontos normatizado pela EN 14651 (2007), onde foram utilizadas uma amostra de concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) e outra amostragem produzida com fibras poliméricas (CRFP). De acordo com o estudo realizado, verificou-se que o valor de carga máxima não correspondeu ao valor de carga de fissuração para nenhuma viga em análise e, de modo geral, percebeu-se que as cargas são estatisticamente diferentes entre si. Com base nessa diferença, definiu-se analiticamente o posicionamento da linha neutra da estrutura e determinou-se, a partir de equações de equilíbrio, um modelo de cálculo referente à força resultante resistente das fibras na parte tracionada do concreto. A partir disso, os valores obtidos por meio do modelo proposto foram comparados com os resultados determinados em conformidade com o FIB Model Code 2010 (2013) e de acordo com o ACI 544.8R (2016), onde verificou-se que os resultados apresentaram variações. A fim de investigar essas dispersões, fez-se uma análise dos parâmetros de sensibilidade das equações e conclui-se que o modelo de cálculo proposto não apresenta nenhum parâmetro de influência no contexto analisado, o que evidenciou que a equação analítica desenvolvida neste trabalho pode ser preliminarmente validada para o dimensionamento de elementos estruturais de CRF.
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JESSICA PONTES DE VASCONCELOS VALENCA
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ESTUDO PARAMÉTRICO SOBRE VIDA À FADIGA DE DUTOS EM VÃOS LIVRES SUBMETIDOS À VIV
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Leader : ALINE DA SILVA RAMOS BARBOZA
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MEMBRES DE LA BANQUE :
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ALINE DA SILVA RAMOS BARBOZA
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EDUARDO NOBRE LAGES
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EMÍLIO CÉSAR CAVALCANTE MELO DA SILVA
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Data: 26 août 2020
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A maior parte das reservas petrolíferas brasileiras se encontra em ambientes marinhos, que apresentam vários fatores que dificultam sua produção, como lâminas d’águas elevadas, interação fluido-estrutura e batimetrias irregulares. Nesses ambientes offshore, os dutos são estruturas eficientes para o transporte de fluidos entre plataformas, entre o poço e a plataforma e entre a plataforma e um local em terra, sendo utilizados há bastante tempo em larga escala na indústria petrolífera. Os dutos suspensos recebem o nome de risers e os apoiados no solo de dutos submarinos, pipelines e flowlines. Os dutos são dimensionados de acordo com o tipo de atividade que irão desempenhar e a hidrodinâmica do problema. Considerando as irregularidades do solo marinho, os dutos apoiados podem apresentar trechos com vãos livres, que devem ser considerados no projeto de forma a evitar problemas de segurança estrutural por excesso de deformações. As estruturas estão submetidas a diversas formas de carregamentos, normalmente agrupados nos referenciais normativos, como: cargas permanentes, cargas variáveis (acidentais) e cargas excepcionais. Como as ações ambientais variam de intensidade de forma significativa ao longo da vida útil da estrutura, elas são classificadas como cargas variáveis e exercem uma grande influência para a análise do comportamento de dutos, pois ocasionam carregamentos cíclicos. Dentre os carregamentos ambientais, encontramos: as cargas do vento, da corrente, da onda, das marés, entre outros. O carregamento combinado de onda e corrente em dutos em vãos livres dá origem às vibrações induzidas por vórtices (VIV), objeto de estudo de várias áreas da engenharia, sendo um dos principais desafios em projetos offshore. Essas vibrações causam tensões e deformações periódicas, podendo levar à falha da estrutura por fadiga. Para evitar que ocorra esse problema, as oscilações devem ser minimizadas, estando as frequências de vibrações dos vórtices com valores distantes dos valores das vibrações naturais da estrutura. Esta frequência natural depende de parâmetros como a rigidez, o comprimento do vão livre, a massa do duto, incluindo a massa do fluido interno e a massa adicional. O presente trabalho se concentra em fazer um estudo do problema de dutos em vãos livres submetidos à VIV. Um estudo paramétrico foi realizado para obter os fatores que mais influenciam na vida à fadiga da estrutura, por meio da técnica de Planejamento e Análise de Experimentos (DOE), utilizando o software Isight. Análises estática e modal foram elaboradas no Abaqus, tendo como resultados principais as frequências naturais da estrutura do duto. Por fim, o estudo de vida à fadiga foi realizado, de acordo com a recomendação prática DNVGL-RP-F105, por meio da planilha FatFree.
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LUCAS HENRIQUE OLIVEIRA MUNIZ
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DESENVOLVIMENTO DE MÓDULOS COMPUTACIONAIS PARA AUTOMATIZAÇÃO DO PROJETO ESTRUTURAL DE PAREDE DE CONCRETO MOLDADA IN LOCO
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Leader : WILLIAM WAGNER MATOS LIRA
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MEMBRES DE LA BANQUE :
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ALINE DA SILVA RAMOS BARBOZA
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EDUARDO TOLEDO DE LIMA JUNIOR
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MARCIO ROBERTO SILVA CORRÊA
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WILLIAM WAGNER MATOS LIRA
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Data: 16 sept. 2020
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O objetivo deste trabalho é automatizar o processo de análise, dimensionamento e detalhamento do sistema estrutural de uma parede de concreto moldada in loco. A automatização é realizada com base em um ambiente computacional, elaborado a partir do desenvolvimento e customização de módulos computacionais. O sistema estrutural de parede de concreto pode ser projetado através de diferentes metodologias, entretanto, a solução utilizando métodos numéricos proporciona uma série de pontos positivos que colaboram para uma melhor compreensão dos fenômenos com um bom balanceamento entre tempo, custo e qualidade. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um estudo voltado as principais premissas do projeto estrutural de parede de concreto moldada in loco, com o intuito de promover a criação de um ambiente computacional integrado. O ambiente é elaborado a partir da customização da interface do software comercial ABAQUS/CAE®, integrando módulos computacionais já existentes que realizam a modelagem e a análise estrutural via Método dos Elementos Finitos com outros módulos que incorporam algoritmos utilizados nas fases de dimensionamento e detalhamento das paredes, com base nas premissas da NBR 16055 (2012). Utilizou-se como estudo de caso um projeto de uma edificação de parede de concreto do programa “Minha Casa Minha Vida”. A ideia é que o estudo realizado neste trabalho se torne útil ao meio técnico-científico por desenvolver um ambiente computacional que permite a realização automatizada de um projeto estrutural de uma parede de concreto moldada in loco.
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PAULO CHAGAS DO CARMO
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Detecção de danos em elementos de concreto por meio de Correlação de Imagens Digitais
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Leader : ALINE DA SILVA RAMOS BARBOZA
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MEMBRES DE LA BANQUE :
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ALINE DA SILVA RAMOS BARBOZA
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ISAAC GALOBARDES REYES
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KAROLINE ALVES DE MELO MORAES
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Data: 18 sept. 2020
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A análise de danos em estruturas é um tema de pesquisa muito importante para diversos campos da engenharia, capaz de fornecer informações relevantes frente à sua integridade estrutural, norteando as decisões relacionadas às ações de intervenção. Diante da necessidade e importância do tema, diversos estudos vêm sendo desenvolvidos com o intuito de conceber técnicas, para auxiliar na quantificação do dano por meio de procedimentos técnicos que envolvam atividades laboratoriais. É exatamente nesse aspecto que o presente trabalho se insere. Nesta pesquisa, é estudada a aplicação de uma técnica óptica-numérica, a Correlação de Imagens Digitais (CID), como suporte à aquisição de informações para análise quantitativa de danos, na qual se buscará analisar a integridade estrutural de elementos de concreto por meio da perda de rigidez à flexão. Para a quantificação do dano, as informações obtidas pela CID, por meio de um software de código aberto, o ITOM, são comparadas com métodos tradicionais de aquisição, como LVDT’s (Transdutores de Deslocamento Linear). Para avaliação da perda de rigidez, foram analisadas oito vigas, através do ensaio de flexão, fornecendo assim um ambiente controlado para o emprego desse ensaio não destrutivo. Diante dos resultados obtidos, foi possível verificar o potencial da CID, por meio do ITOM, que, mesmo em fase de desenvolvimento e aprimoramento, mostrou-se capaz de quantificar aberturas de fissuras diretamente em imagens e gerar deslocamentos e deformações nodais para construção de mapas de cores, dando suporte para análises de estruturas em Estado Limite Último (ELU) e de Serviço (ELS).
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FRANCISCO DE ASSIS VIANA BINAS JUNIOR
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Trajectory and torque & drag models applied to casing wear analysis
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Leader : EDUARDO TOLEDO DE LIMA JUNIOR
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MEMBRES DE LA BANQUE :
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EDUARDO TOLEDO DE LIMA JUNIOR
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JOAO PAULO LIMA SANTOS
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JOÃO CARLOS RIBEIRO PLÁCIDO
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Data: 10 déc. 2020
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In the drilling stage of oil and gas wells, the drilstring can come into contact with the casing
strings, generating lateral forces that, associated to the rotation of the drillstring, cause the
removal of material from the inner wall of the tubulars. High casing wear values induce a
reduction in mechanical strength of casing string and may compromise the well integrity. This
work deals to the implementation and comparative analysis between methodologies for casing
wear evaluation, comprising models for trajectory planning, lateral forces calculation and wear
volume estimate. Torque and drag models are employed to quantify the lateral forces, using the
soft-string and stiff-string approaches. The latter differs from the soft-string model by taking
into account effects related to the drillstring stiffness, besides inserting the contact angle into the
formulation. The stiff-string model depends on directional parameters as torsion and curvature,
for which a model based on cubic splines is applied. The spline-based model is then compared
with the minimum curvature method, widely employed by industry. The results show that the
model based on splines provides smooth curvature and non-zero torsion. The influence of spacing
between the survey stations on the accuracy of the trajectory models is also analyzed. Finally,
a complete case study is developed, allowing to conclude that the use of stiff-string model can
reduce the predicted wear on the casing string, due to its distribution as a function of the contact
angle.
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IGOR DE MELO NERY OLIVEIRA
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DATA INFERENCE AND PREDICTION TECHNIQUES AS A SUPPORT TO THE INTEGRITY ANALYSIS OF COATINGS
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Leader : EDUARDO TOLEDO DE LIMA JUNIOR
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MEMBRES DE LA BANQUE :
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EDUARDO TOLEDO DE LIMA JUNIOR
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JOAO PAULO LIMA SANTOS
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RICARDO EMANUEL VAZ VARGAS
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Data: 21 déc. 2020
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The design of an oil well is a complex and multidisciplinary activity, which has as a of its main premises the adequate prediction of well integrity throughout its life cycle. life. Despite all the care taken in the design of its structure, eventually the same may be exposed to an unforeseen loading condition. With regard to monitoring of wells in service, the acquisition of data referring to variables such as pressure and temperature allows to identify if the well is operating within the parameters foreseen in the project. Through of time series forecasting techniques, the information from these sensors has potential to be used not only to diagnose a problem that has already occurred, but also to prevent its occurrence, creating a supervisory system in real time that is capable of anticipate future loading states. However, in the context of well projects, with the evolution of coating design standards, the use of probabilistic methods is suggested in its dimensioning, highlighting the importance of a better knowledge about the design variables. Statistical inference about manufacturing data is driven by demand for a better understanding of the uncertainties about these parameters, in terms of the dimensions of the tubular and the properties of the metallic alloy that constitutes it. This dissertation is about a set of statistical inference and data prediction techniques, as support for practices modern design and structural integrity monitoring of wells.
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GUSTAVO TEIXEIRA DA SILVA
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Numerical Analysis of Collapse Resistance in Well Lining Tubes with Manufacturing and Wear Imperfections
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Leader : EDUARDO TOLEDO DE LIMA JUNIOR
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MEMBRES DE LA BANQUE :
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EDUARDO TOLEDO DE LIMA JUNIOR
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EDUARDO NOBRE LAGES
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EMÍLIO CÉSAR CAVALCANTE MELO DA SILVA
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Data: 22 déc. 2020
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Casing systems for oil and gas wells consist of tubular elements installed along the depth, providing stability and tightness, and must meet the strict premises of structural integrity, especially in the case of offshore scenarios. Given this, some events may expose the casing to high differentials. pressure, leading the tubular to failure under external pressure, called collapse. Imperfections associated with casing tubular manufacturing processes, such as eccentricity, ovality of the cross section, and the residual stress of the steel, can have a significant influence on the failure mechanism by collapse. In addition to these, there is the presence of wear in wells performed, caused predominantly by the contact of the drilling column with the inner wall of the casing. In many cases, these imperfections can lead to a considerable reduction in the collapse strength, especially in thin-walled tubes, whose failure mechanism is associated with geometric instability caused by high transverse slenderness. Robust section tubes tend to fail under stress levels near to the yield limit or material tensile strength limit. This work presents a numerical analysis of the collapse strength of imperfect and internally worn tubulars, admitting the deformation plane state, in a physically and geometrically nonlinear regime. The finite element method is used in the analysis and verification of the collapse pressure of the tubes, as used by ABAQUS® software. The mechanical behavior of steel is described by the constitutive elastoplastic model with nonlinear hardening provided by the ASME BPVC (2015). Evaluation of finite element models is performed based on the responses obtained by the formulations and experimental results proposed by Clinedinst et al. (1939), Klever e Tamano (2006), and Moreira Junior (2012), for perfect tubes or with manufacturing and wear imperfections. The consideration of internal wear is made by removing material from the section in groove wear zones or by data obtained from profiling, based on real measurements of the internal wall of the casing. Parametric studies are presented to assess the influence of slenderness, wear, and imperfection parameters on the collapse strength. From the results obtained, it appears that the presence of manufacturing imperfections, depending on their levels, promotes considerable reduction of collapse strength, the most pronounced of which being ovality. Regarding the worn specimens, it is noted the influence of parameters such as wear depth, diameter of the tool joint that produces the groove, and their angular positions. In the case of profiled tubulars, it is verified that in addition to the depth of wear, its extension along the inner wall can imply a considerable decrease in collapse pressure.
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