Estudo numérico dos fatores de concentração de tensão em elos de amarras para sistemas offshore sem e com barreiras geométricas
Fatores de Concentração de Tensão. Linhas de Ancoragem Offshore. Superfícies Curvas. Elementos Finitos. Abaqus.
O desenvolvimento de atividades offshore, especificamente a exploração de petróleo e gás, tem aumentado significativamente. Como consequência, há uma demanda crescente por tecnologias e conceitos de ponta para aumentar a produtividade neste setor. Um dos componentes essenciais das plataformas flutuantes é o sistema de ancoragem, cujo projeto requer considerações rigorosas, devido aos custos substanciais de reparo associados a falhas inesperadas nas linhas de ancoragem. Embora diversos estudos tenham sido conduzidos nesta área, o impacto do contato entre elos de amarras e barreiras geométricas, como superfícies curvas — responsáveis por guiar ou restringir a extremidade superior das linhas de ancoragem — permanece um tanto negligenciado no contexto da avaliação do comportamento dos elos. Esta dissertação tem como objetivo principal avaliar os efeitos da interação entre elos e superfícies curvas não ranhuradas na distribuição de tensões, na localização dos pontos críticos de tensão e nos fatores de concentração de tensão (Stress Concentration Factors - SCFs) dos elos. A investigação é conduzida por meio de uma modelagem tridimensional baseada no método dos elementos finitos, realizada no software comercial Abaqus®, considerando o efeito da tração de operação, flexão, torção, interação entre elos e interação entre elos e o aparato geométrico. Os resultados obtidos evidenciam que a superfície curva influencia a distribuição de tensão e a localização do hotspot, enquanto os SCFs permanecem próximos aos observados na situação de elos livres. Conclui-se que a interação entre elos e superfícies curvas influencia o histórico de deformação plástica dos elos, evidenciando a necessidade de empregar metodologias de fadiga que considerem efeitos não lineares, como as baseadas em fadiga de alto ciclo ou mecânica da fratura. Adicionalmente, verifica-se que ignorar as tensões residuais obtidas do teste de carga de prova leva a análises não representativas e avaliações de fadiga imprecisas. Essas descobertas têm implicações práticas importantes para a análise de linhas de ancoragem de plataformas offshore.