Title

Caracterização da fadiga de compósito de matriz termoplástica com aplicações na indústria do óleo e gás

Fatigue characterization of a thermoplastic matrix composite with applications in the oil and gas industry

Authorship

ALMEIDA, JORGE LUCAS DA SILVA DE; CASTRO, TIAGO LIMA D’ALBUQUERQUE E; SILVA, GEOVANE DE ALMEIDA SANTOS DA; FARIAS, CAMILA ALVES; NETO, CÉLIO ALBANO DA COSTA

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SILVA, GEOVANE DE ALMEIDA SANTOS DA

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FARIAS, CAMILA ALVES

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NETO, CÉLIO ALBANO DA COSTA

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DOI

10.5151/2594-4711-44162

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Abstract

As atividades da indústria de óleo e gás dependem cada vez mais de equipamentos e tecnologias capazes de suportar condições de serviço adversas. Em resposta a desafios associados ao transporte e elevação de hidrocarbonetos, risers flexíveis fabricados a partir de compósitos de matriz polimérica (PVDF) reforçados com fibra de carbono (CF) são vistos como soluções promissoras. No entanto, a ampla adoção desses equipamentos depende da caracterização do comportamento mecânico deles. Nesse contexto, o presente trabalho realiza um estudo do comportamento em fadiga do compósito CF-PVDF, analisando os casos de fadiga puramente trativa e totalmente reversível, envolvendo também compressão. Para o segundo caso, uma geometria de corpo de prova é proposta e testada. Apesar de um importante espalhamento nos resultados, foi possível ajustar curvas S-N para ambas as condições estudadas. A curva envolvendo condições totalmente compressivas se revelou deslocada para baixo, uma vez que o compósito apresenta menor resistência à compressão. Por fim, conclui-se que a geometria proposta produziu resultados válidos, com a ressalva de que o compósito é sensível a aspectos de fabricação como prensagem, processamento, usinagem e variações na matéria prima. Adicionalmente verifica-se que formulações de amplitude de tensão equivalente como Goodman não se aplicam a este material.

The oil and gas industry increasingly relies on equipment and technologies capable of withstanding harsh environmental and operational service conditions. As a solution to the challenges faced in the transportation of hydrocarbons, thermoplastic composite pipes were developed using polyvinylidene fluoride (PVDF) matrix composite, reinforced with carbon fibres. Within this context, the present work focuses on carrying out a study on the fatigue behaviour of the CF-PVDF, taking into consideration both tensile-tensile and fully reversed loading conditions – for which a specimen geometry capable of withstanding compressive states was proposed and tested in this work. Albeit relevant experimental scattering, it was possible to obtain S-N curves for both the investigated conditions. It was found that the fully reversed S-N curve was shifted downwards since the composite is less resistant to compression. Finally, the proposed geometry managed to deliver valid results, keeping in mind that the composite is quite sensitive to aspects such as hot-pressing, processing, machining and variations in the quality of the employed raw material. Furthermore, it was observed that formulations that focus on determining equivalent stress amplitude such as Goodman are not applicable to this material.

Keywords

Fluoreto de polivinilideno reforçado com fibra de carbono, número de ciclos para falha, PVDF, dutos flexíveis

Polyvinylidene fluoride (PVDF) reinforced with carbon fibres, number of cycles to failure, flexible pipes, structural integrity of risers