ANALYSIS OF ACCEPTANCE CRITERIA OF WRINKLES IN PIPELINE COLD BENDS

• Main Author: JORDANA LUIZA BARBOSA DA COSTA VEIGA
• Other Authors: JOSE LUIZ DE FRANCA FREIRE
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2008
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=13451@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=13451@2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO === Tubos de aço de grande diâmetro, baixa espessura e alta resistência mecânica, possuem tendência à formação de rugas no lado compressivo do curvamento (intrados) ao serem curvados a frio. A presente dissertação descreve os principais códigos de projeto nacionais e internacionais, quanto à presença de rugas provenientes desse tipo de curvamento em dutos, e propõe um ângulo para o qual há a formação do enrugamento. Os códigos internacionais mostram-se conservadores quanto à presença de rugas nos tubos curvados, uma vez que o enrugamento é uma mudança geométrica que, a princípio, gera concentração de tensões e susceptibilidade à ocorrência de falhas por fadiga. Esta dissertação faz uso do método de elementos finitos para modelar a formação do enrugamento e determinar fatores de concentração de tensões, nestas regiões, para carregamentos de pressão interna. Os fatores encontrados são comparados com resultados encontrados na literatura e utilizados no cálculo contra a fadiga por meio de diferentes métodos: Markl, inclinações universais de Manson e ASME seção VIII divisão 2. Neste estudo foram utilizados tubos de aço estrutural API X70 com razão diâmetro espessura (D/t) variando de 20 a 100, modelados por meio do software Abaqus(r). Foram obtidas curvas com ângulo de 4°/diâmetro e enrugamentos severos, com razão entre a altura da ruga e o diâmetro do tubo (d/D) da ordem de 6,5% e fator de concentração de tensão chegando a 1,89. Os modelos de tubo enrugado não apresentaram falha na resistência mecânica à pressão interna aplicada, quando esta é suficiente para obtenção de tensão circunferencial nominal equivalente a 100% do limite de escoamento do material. Os resultados de vida em fadiga para os diferentes métodos aplicados variam de acordo com o método utilizado, mas todos apresentam redução na vida do tubo com presença de enrugamento severo. O estudo propõe que se utilize para o cálculo da vida em fadiga um procedimento conservador que associa o fator de concentração de tensão determinado por Rosenfeld com o método de cálculo contra a fadiga recomendado pelo código ASME VIII. O estudo sugere ainda, que sejam realizadas novas análises de forma a considerar o efeito Bauschinger e a instabilidade à flexão do modelo não avaliados no presente trabalho. === Large diameter, thin walled, high mechanical resistance steel pipe has a tendency to wrinkle on the compressive side (the intrados) of the bend when it is cold bent. This dissertation describes the principal national and international design codes that apply to wrinkling resulting from pipe cold bending, and it proposes an angle at which such wrinkling occurs. The international codes prove to be conservative regarding wrinkling in bent pipe, since a wrinkle is a geometric change, which at first causes a stress concentration and susceptibility to fatigue failure. The dissertation uses the finite element method to model the formation of wrinkling and to determine stress concentration factors in these areas for internal pressure loading. The resulting factors are compared with the results found in the literature and are utilized in calculating fatigue life by means of the following methods: Mark1, Mansons universal inclinations and ASME Section VIII Division 2. In this study API X70 structural pipe with a diameter thickness (D/t) ratio varying from 20 to 100 was utilized, and modeled using Abaqus(r) software. Bends with an angle of 4°/diameter and severe wrinkling resulted, with a ratio between the peak of the wrinkle and the diameter of the pipe (d/D) of about 6.5% and a stress concentration factor nearing 1.89. The wrinkled pipe models did not reveal any lack of mechanical resistance to the applied internal pressure when it is sufficient for obtaining a nominal circumferential stress equivalent to 100% of the yielding limit of the material. The fatigue life results for the different methods varied according to the method that was utilized, but all displayed a reduction in pipe life if there was severe wrinkling. The study proposes a conservative procedure to be utilized for calculating fatigue life. This procedure associates the stress concentration factor determined by Rosenfeld with the method for calculating fatigue recommended by the ASME VIII code. Furthermore, the study suggests that new analyses may be performed in order to consider the Bauschinger effect and the model bend instability, which the study did not evaluated.