Claudio Ruggieri.

objetivo principal do projeto é conduzir uma extensiva investigação experimental do comportamento à fratura de classes abrangentes de aços tipicamente empregados em arames de tração de risers flexíveis com foco central sobre a realização de ensaios de tenacidade à fratura para o desenvolvimento das suas "Curvas Mestras", as quais descrevem a dependência da tenacidade sobre a temperatura, para todos os materiais analisados.

A exploração e desenvolvimento desta linha de pesquisa seguem 5 objetivos centrais: 1) Desenvolvimento e consolidação de uma metodologia de avaliação de integridade estrutural fundamentada sobre o conceito da Tensão de Weibull modificada como força motriz efetiva; 2) Desenvolvimento de uma formulação probilística aplicada ao problema da fratura frágil baseada diretamente na medição experimental da distribuição estatística de microtrincas de Griffith; 3) Calibração paramétrica do modelo local da fratura frágil (clivagem) por meio de um programa experimental para obtenção de valores de tenacidade à fratura frágil e medição experimental da distribuição estatística de microtrincas para aços estruturais típicos, incluindo aços para vasos de pressão; 4) Investigação das características microestruturais associadas à clivagem transgranular em materiais ferríticos e sua conexão com modelos locais descritivos da fratura frágil, especificamente em relação à energia de fratura associada ao critério de Griffith; 5) Aplicação e validação da metodologia local com particular ênfase à avaliação da integridade estrutural de componentes críticos de grandes dimensões utilizando valores de tenacidade obtidos por meio de corpos de prova reduzidos ou miniaturizados.

O objetivo central deste projeto é o desenvolvimento de metodologias para avaliação de integridade estrutural sob regimes de fratura monotônica e fadiga de componentes críticos da infraestrutura de extração e produção de óleo e gás, incluindo dutos e risers SCRs, risers flexíveis, tubulações bimetálicas (lined pipes), elementos de fixação de flanges utilizados em válvulas e conexões de tubulações de alta pressão, etc. Devido às características inerentemente multidisciplinares de metodologias abrangentes para avaliação de integridade estrutural, o projeto contempla o desenvolvimento de 4 subprojetos principais (os quais compõem as etapas e subatividades descritas a seguir) que são descritos como: 1) Desenvolvimentos metodológicos e experimentais para avaliação de propagação de trincas por fadiga; 2) Desenvolvimentos metodológicos e experimentais adicionais de corpos de prova SENT; 3) Avaliação da tenacidade à fratura em materiais sujeitos a mecanismo de fragilização por Hidrogênio e 4) Avaliação do desempenho à fadiga de juntas soldadas de tubos bimetálicos CRA.

O objetivo central deste projeto é a expansão da capacidade e capacitação laboratoriais do Núcleo Avançado em Mecânica da Fratura e Integridade Estrutural (NAMEF) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) para atender especificamente à forte demanda de novos e mais abrangentes projetos aplicados de P&D associados à integridade estrutural de juntas soldadas de dutos e risers submarinos por parte do CENPES-Petrobras. Em particular, este projeto de infra-estrutura atenderá de maneira quase imediata a 3 projetos de P&D entre o NAMEF-USP e o CENPES-Petrobras atualmente em análise pela Agência Nacional de Petróleo, dentre os quais o projeto ?Integridade estrutural de dutos e equipamentos submarinos: desenvolvimento de metodologias de ensaios de fratura e fadiga?, sob a gerência técnica do CENPES/PDISO/TMC, depende fortemente da condução extensiva de diversos e laboriosos ensaios experimentais, incluindo tanto tenacidade à fratura como fadiga.

O objetivo central deste projeto é o desenvolvimento de metodologias para avaliação de integridade estrutural sob regimes de fratura monotônica e fadiga de componentes críticos da infraestrutura de extração e produção de óleo e gás, incluindo dutos e risers SCRs, risers flexíveis, tubulações bimetálicas (lined pipes), elementos de fixação de flanges utilizados em válvulas e conexões de tubulações de alta pressão, etc. Tais metodologias possuem impacto e aplicação diretos sobre análises de criticidade de defeitos nestas classes de estrutura, as quais determinam a sua resistência estrutural remanescente e, mais importante, a sua segurança operacional sob a condições de serviço normais e, eventualmente, anormais. Devido às características inerentemente multidisciplinares de metodologias abrangentes para avaliação de integridade estrutural, o projeto contempla o desenvolvimento de 4 subprojetos principais (os quais compõem as etapas e subatividades descritas a seguir) que são descritos como: 1) Desenvolvimentos metodológicos e experimentais para avaliação de propagação de trincas por fadiga; 2) Desenvolvimentos metodológicos e experimentais adicionais de corpos de prova SENT; 3) Avaliação da tenacidade à fratura em materiais sujeitos a mecanismo de fragilização por Hidrogênio e 4) Avaliação do desempenho à fadiga de juntas soldadas de tubos bimetálicos CRA.

O objetivo central deste projeto é a expansão da capacidade e capacitação laboratoriais do Núcleo Avançado em Mecânica da Fratura e Integridade Estrutural (NAMEF) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) para atender especificamente à forte demanda de novos e mais abrangentes projetos aplicados de PD associados à integridade estrutural de juntas soldadas de dutos e risers submarinos por parte do CENPES-Petrobras.

Single-parameter and two-parameter fracture mechanics methodologies have some well-recognized limitations which motivate development of probabilistic approaches to brittle fracture. Such approaches can be extended in straightforward manner to analyze the mechanical integrity of structural components subjected to more complex loading conditions. In particular, probabilistic procedures incorporating local failure criteria (micromechanics model for brittle fracture) coupled do the finite element method describe the conditions for global structural failure in terms of a (local) probabilistic fracture parameter; these methodologies are most often termed local approaches. To describe brittle fracture driven by transgranular cleavage, a number of models explicitly adopt the weakest link theory to derive statistical functions incorporating the local (opening) stresses well at the crack-tip region. Here, the Weibull stress, \sigma_{w}, then emerges as an effective crack-tip driving force controlling fracture. This research focuses on the extension and, more importantly, new developments of structural integrity assessment procedures based upon a micromechanics (local) model. A central objective is to develop a more robust procedure for mechanical integrity and fracture analysis of structural materials, including nuclear structural components and reactor pressure vessels, using a modified Weibull stress (Sig_w) as the effective crack driving force. This research will have particular emphasis on the correlation and prediction of toughness values measured using small-sized precracked Charpy (PCVN) bend specimens to accurately assess the structural integrity of critical structural components.

Este plano de pesquisa tem como objetivo central a avaliação do comportamento à fratura frágil de materiais empregados em redes de CO2, incluindo suas juntas soldadas, por intermédio da metodologia da Curva Mestra utilizando corpos de prova miniaturizados (subsize fracture specimens). O trabalho proposto insere-se nas pesquisas conduzidas pelo Núcleo Avançado em Mecânica da Fratura e Integridade Estrutural (NAMEF) e Laboratório de Estruturas Navais e Tecnologia de Soldagem (LABENAV) do Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da EPUSP para o desenvolvimento metodologias de análise e avaliação de integridade estrutural de dutos de alta pressão para transporte de gás, incluindo redes para captura e armazenamento de dióxido de Carbono. Parte das atividades deste projeto de pesquisa será conduzido de forma cooperativa com o CENPES-Petrobras, o qual fornecerá os tubos em aço API para fabricação das juntas soldadas, os parafusos de fixação de flanges em aço ASTM A320 além de suporte técnico para especificação dos processos de soldagem, consumíveis e outros detalhes operacionais específicos. Adicionalmente, haverá também a colaboração da Escola SENAI Nadir Dias Figueiredo, a qual é um centro de referência em Tecnologia da Soldagem dentro do sistema SENAI do Brasil, às atividade de fabricação das juntas soldadas em dutos de aço API previstas neste projeto.

As reconhecidas limitações da mecânica da fratura monoparamétrica e biparamétrica motivam o desenvolvimento de procedimentos multiescala aplicados à análise do problema da fratura frágil; tais métodos estendem-se naturalmente à análise de integridade mecânica de componentes estruturais sob condições de carregamento complexas. Em particular, procedimentos multiescala probabilísticos incorporando critérios locais de fratura (modelo micromecânico de fratura frágil) acoplados ao método de elementos finitos quantificam as condições globais de falha estrutural em termos de um parâmetro (local) probabilístico de fratura. Alguns modelos locais explicitamente adotam a teoria do ?elo fraco? para descrever a fratura frágil (clivagem transgranular) em aços estruturais ferríticos e derivar funções estatísticas incorporando as tensões locais na região da trinca permitindo, portanto, introduzir o conceito de ?Tensão de Weibull?, como uma força motriz efetiva da trinca controlando a fratura do material. O plano de pesquisa proposto aborda avanços adicionais sobre a metodologia multiescala (local) probabilística baseada na Tensão de Weibull modificada. Em linhas gerais, os objetivos centrais são: 1) Desenvolvimento e consolidação de uma metodologia de avaliação de integridade estrutural fundamentada sobre um modelo micromecânico multiescala utilizando o conceito da Tensão de Weibull modificada, proposta recentemente por Ruggieri e Dodds (Engineering Fracture Mechanics, Vol. 134, 2015), como força motriz efetiva; 2) Aplicação da metodologia com particular ênfase à avaliação da integridade estrutural de componentes críticos de grandes dimensões utilizando valores de tenacidade obtidos por meio de corpos de prova reduzidos ou miniaturizados; 3) Desenvolvimento metodológico e experimental de ensaios de tenacidade utilizando corpos de prova reduzidos ou miniaturizados e 4) Desenvolvimento metodológico e experimental de ensaios de tenacidade utilizando corpos de prova sob flexão não convencionais. Dentro deste contexto, o projeto de investigação proposto terá particular ênfase sobre o estabelecimento da metodologia multiescala probabilística em uma ferramenta de engenharia viável e eficaz aplicada em procedimentos rotineiros de avaliação de defeitos estruturais.

O projeto aborda o desenvolvimento de metodologias para avaliação da tenacidade à fratura de juntas soldadas de aços navais de alta resistência com forte aplicabilidade sobre a resistência primária e integridade estrutural de navios de grande porte e, paralelamente, sobre a utilização de processos de soldagem mais eficientes

O plano de pesquisa proposto aborda a extensão e, principalmente, novos desenvolvimentos de uma metodologia de avaliação de integridade estrutural fundamentada sobre um modelo local (micromecânico). O objetivo central das atividades de investigação é o desenvolvimento de um procedimento robusto aplicável à análise de integridade mecânica e fratura de materiais estruturais, incluindo componentes estruturais e vasos de pressão nucleares, utilizando o conceito da Tensão de Weibull (Sigma_w) como força motriz efetiva. Entretanto, apesar de recentes avanços obtidos na metodologia para a caracterização e descrição da tenacidade de aços ferríticos baseados no parâmetro de fratura Sigma_w, diversas questões permanecem ainda abertas em relação à efetiva aplicação desta metodologia para a análise de criticidade de defeitos estruturais e extensão da vida útil de estruturas em operação. Dentro deste contexto, o plano de investigação proposto terá particular ênfase sobre a correlação e previsão de valores de tenacidade em corpos-de-prova de dimensões reduzidas PCVN com potencial impacto sobre a determinação mais realista e acurada da temperatura de referência T0 por intermédio da Metodologia da Curva Mestra.

As recentes descobertas gigantes de petróleo e gás na chamada camada do pré-sal, uma formação geológica localizada na plataforma continental brasileira estendendo-se por mais de 800 km entre o litoral de Santa Catarina e Espírito Santo, representam um enorme potencial exploratório e que podem tornar o Brasil um dos maiores produtores mundiais de petróleo. Entretanto, os desafios tecnológicos para a viabilização técnica e econômica da exploração e produção destes recursos naturais são imensos e tem motivado vigorosamente o desenvolvimento de sistemas eficientes de perfuração, exploração e produção offshore e, ao mesmo tempo, inovadores capazes de atender aos severos e complexos requisitos de projeto, instalação e operação de reservatórios ultraprofundos. Em particular, o sistema de risers e dutos submarinos representa um elemento-chave da unidade de produção. À medida que a infraestrutura oceânica move-se para águas cada vez mais profundas, a utilização de risers rígidos em catenária fabricados em aço (SCRs - steel catenary risers) torna-se bastante atrativa e vantajosa em relação a risers flexíveis devido ao seu menor custo, maiores diâmetros e maior capacidade estrutural. O objetivo central deste projeto é o desenvolvimento de metodologias de integridade estrutural de dutos e risers SCRs, tubulações bimetálicas (lined pipe) lançadas pelo método carretel incluindo a execução de análises e estudos numéricos utilizando o método dos elementos finitos além de atividades experimentais para avaliação de tenacidade e fadiga, incluindo desenvolvimento laboratorial de corpos-de-prova SENT. O projeto contempla o desenvolvimento de 04 subprojetos principais (os quais compõem as etapas e subatividades descritas a seguir) que são descritos como: 1) Metodologias para análise de integridade estrutural de risers SCRs; 2) Metodologias para análise de integridade estrutural de tubulações bimetálicas; 3) Desenvolvimento metodológico e experimental de espécimes SENT; 4) Desenvolvimento de programas e softwares aplicados à análise ECA.

O objetivo central deste projeto é a execução de análises e estudos numéricos utilizando o método dos elementos finitos para desenvolvimento de metodologias de integridade estrutural de dutos e risers SCRs, tubulações bimetálicas (lined pipe) lançadas pelo método carretel além de atividades experimentais para avaliação de tenacidade e fadiga, incluindo desenvolvimento laboratorial de corpos-de-prova SENT.

O objetivo central deste projeto é desenvolvimento de uma metodologia experimental e analítica para análise de integridade estrutural e fadiga em tubos metálicos de umbilicais (STUs) fabricados em aço duplex/superduplex incorporando efeitos de deformação plástica oriundos do processo de fabricação e instalação por meio do método carretel.

Metodologias preditivas para garantia da segurança e quantificação do impacto de defeitos (e.g., trincas na forma de defeitos de soldagem, stress corrosion cracking, inclusões, delaminações, etc.) em dutos e risers submarinos para transporte de óleo e gás representam um elemento central em análises de integridade estrutural incluindo decisões de reparo e programas para extensão da vida útil de instalações terrestres e marítimas. Procedimentos convencionais utilizados para avaliação da integridade estrutural de dutos e sistemas similares (como, por exemplo, vasos de pressão e torres de processamento) geralmente utilizam critérios simplificados incorporando mecanismos de colapso plástico e as propriedades mecânicas (tensão de escoamento) do material. Adicionalmente, estes métodos estabelecem critérios de aceitação de defeitos baseados em dados experimentais limitados a aços estruturais de baixa resistência, os quais não refletem necessariamente o mecanismo de falha real (e.g., crescimento estável do defeito macroscópico antes do colapso do duto) nem consideram requisitos específicos para aços estruturais de alta resistência correntemente em uso. O plano de pesquisa proposto contempla o desenvolvimento, extensão e aplicação de uma metodologia micromecânica (numérica e experimental) robusta para o tratamento da fratura em materiais dúteis e aplicável à avaliação de integridade estrutural e análise de defeitos em dutos para transporte de gás e petróleo. O foco central desta linha de pesquisa temática é o desenvolvimento de um procedimento mais realista de avaliação de defeitos em oleodutos e gasodutos. Tal metodologia é centrada sobre duas linhas principais de investigação: 1) desenvolvimento e extensão de modelagem micromecânica para a simulação da propagação dútil de defeitos em dutos 2) utilização de espécimes SE(T) e desenvolvimento de procedimentos experimentais para o seu teste.

O plano de pesquisa proposto contempla o desenvolvimento, extensão e aplicação de uma metodologia micromecânica (numérica e experimental) robusta para o tratamento da fratura em materiais dúcteis e aplicável à avaliação de integridade estrutural e análise de defeitos em dutos para transporte de gás e petróleo. O foco central é o desenvolvimento de um procedimento mais realista de avaliação de defeitos em oleodutos e gasodutos. Tal metodologia é centrada sobre 3 linhas principais de investigação: 1) modelagem micromecânica para a simulação da propagação dúctil de defeitos em dutos 2) utilização de espécimes SE(T) e desenvolvimento de procedimentos experimentais para o seu teste e 3) calibração experimental do CTOA. Os trabalhos de investigação propostos neste projeto fazem parte de esforços cooperativos entre o NAMEF da EPUSP, o LaProMec-SMM-EESC-USP e o LMF-IPT com o objetivo de nuclear e consolidar um centro de excelência em mecânica da fratura e integridade estrutural na Universidade de São Paulo.