Arresting Propagating Shear in Pipelines

Abstract

Abstract.The consequences of what has been termed running ductile fracture require that pipelines be designed to arrest propagation, and so avoid major incidents due to this type of failure. Approaches to characterize pipeline response and their resistance to such failure to ensure arrest rely on semi-empirical models developed in the mid-1970s. Continuing reliance on such semi-empirical models, which were calibrated using fullscale tests done on segments of pipelines, persists because this failure process involves three interacting nonlinearities, and so is complex. These nonlinearities include: 1) plastic À ow and tearing instability, 2) soil-structure interaction, and 3) expansion wave response and decompression in the pressurizing media. This paper ¿ rst reviews the history and related developments that represent almost 40 years invested in fracture-based approaches to quantify propagating shear in pipelines. Graphical evidence of the full-scale failure process and related phenomenology lead to an alternative hypothesis to quantify this failure process that is based on plastic collapse rather than fracture. It is shown that the phenomenology does not support a fracture-controlled process, and that instead the metrics of arrest should reÀ ect the À ow properties of the steel. Finally, aspects of fracture-based approaches are related to the collapse-based concept as the basis to understand the success that at times has been achieved using fracture-based approaches. Surrogates for CVN energy that has been used in the BTCM as a measure of fracture resistance are reevaluated as functions of the À ow response, which provides the basis to rationalize the historic successes on the fracture-based formulation. Finally, remaining gaps and issues are addressed.

Avaliação do potencial dos modelos de zona coesiva e XFEM na descrição da fenomenologia da fratura dúctil de corpos de prova Charpy e DWITT fabricados de aços classe API

“…Tabela 9 -Parâmetros calibrados com modelo de zona coesiva, aço API Figura -Diminuição do encruamento com o aumento da resistência mecânica Fonte: Autora, "adaptado de" Leis, 2015 Atualmente, as especificações para dutos podem ser encontradas na 45ª edição da norma API 5L (2013). Nela está especificada a classificação dos materiais utilizados na atualidade, além de sua composição química e principais propriedades mecânicas.…”

“…Na Figura 31 -Fator de correção de Leis aplicado ao BTCM Fonte: Autora, "adaptado de" Leis, 2015, p. 13 Embora a separação de energia feita por Leis (2015) faça sentido e a lógica esteja correta, a maneira de se quantificar a energia é subjetiva e guarda pouca relação com a fenomenologia.…”

“…Por outro lado, se a velocidade de propagação é menor do que a de despressurização, pois o material possui mais tenacidade, a pressão irá cair até chegar a um ponto onde a pressão na ponta da trinca é menor do que a pressão necessária para continuar propagando. Nesse ponto ocorrerá o crack arrest, como Ou seja, quando o crack arrest é previsto, pois a energia do CVN é maior do que a prevista pela equação (14), porém a trinca propaga(LEIS, 2015).…”

Avaliação numérico-experimental do comportamento mecânico de aços API X80 e investigação das variáveis mecânicas e microestruturais envolvidas no crack arrest

“…Portanto, a revisão relativa a fratura iniciar-se-á por meio dos fundamentos da Mecânica da Fratura Elasto-Plástica (MFEP), que define alguns parâmetros de interesse para este trabalho: a abertura da ponta da trinca (do inglês:Crack-tip Opening Displacement, CTOD), a Integral J e o ângulo de abertura da ponta da trinca (do inglês: Crack-tip Opening Angle, CTOA). Large Scale Yielding, LSY).Contudo, vale adiantar que, segundo a literatura, os fenômenos envolvidos em cenários de falha de materiais aplicáveis a gasodutos não são possíveis de serem descritos sequer por meio da MFEP, sendo governados pelo colapso plástico localizado na ponta trinca (LSY e condições de carga limite, Figura 20), haja visto os elevados níveis de plasticidade envolvidos(LEIS, 2015a;MOÇO, 2017). Assim, os conceitos apresentados nesta seção são expostos como base para sustentação de tópicos subsequentes, bem como o suporte das metodologias empregando os fundamentos energéticos que se sugere como sequência do trabalho.…”

“…do aço a partir de uma análise analítica (Equações 33 a 35) e um ensaio experimental (energia Charpy).Todavia, os equacionamentos apresentados limitavam-se aos aços utilizados para calibração, ou seja, graus API X65 e inferiores. Deste modo, a aplicação desta metodologia para previsão de iniciação e propagação de trincas nos aços atuais tornou-se inviável.Assim, apesar de ser fundamentado em uma metodologia muito robusta, o uso do BTCM em sua forma original esbarrou na inviabilidade econômica imposta pela necessidade de calibração de aços modernos(ZHU, 2015;LEIS, 2015a). Arrest Propagação Existiram, ainda, outros modelos propostos por diferentes núcleos de pesquisa, podendo citar o Fator Estatístico proposto por Wolodko e Stephens (2006) e o Fator CSM, desenvolvido pelo Centro Sviluppo Materiali (DEMOFONTI; ROOVERS, 2007).…”