Investigation on the axissimétrica instability of high density polyethylene pipes subjected to axial compression and internal pressurization and a criterion of the birdcaging phenomenon prediction in flexible pipes.

Tubos flexíveis são estruturas complexas compostas de várias camadas metálicas e poliméricas empregados pela indústria offshore na exploração de hidrocarbonetos. O estudo do comportamento estrutural e das falhas que podem advir do lançamento e uso desses sistemas em campo é uma área vasta e fecunda da mecânica estrutural. Apesar dos progressos alcançados na análise e nos vários estudos conduzidos ao longo dos anos, no sentido de explicar o surgimento do fenômeno conhecido por birdcaging pesquisando o comportamento das camadas conhecidas como armadura de tração, pouca atenção foi direcionada ao comportamento estrutural da capa plástica externa. A presente tese contribui com os estudos do mecanismo deflagrador do birdcaging à luz do comportamento estrutural da capa plástica e apresenta um critério limite para a previsão do fenômeno. Estudos analíticos, numéricos e principalmente experimentais foram realizados em tubos de PEAD simulando a capa plástica com a finalidade de investigar a instabilidade axissimétrica desta quando sujeita a compressão axial e pressurização interna. Utilizando o modelo analítico adaptado, foi criado um diagrama de limite de instabilidade com o uso de força e pressão interna adimensionalizadas. Este diagrama, testado com simulações realizadas em elementos finitos, ensaios experimentais em tubos de PEAD, e com valores de ensaios experimentais em tubos flexíveis, oferece um critério de engenharia para a predição do fenômeno em questão.Flexible pipes are complex structures composed of several metallic and polymeric layers employed by the offshore industry in oil and gas exploration. The study of the structural behavior and failures that may arise from the laying down operations and use of these systems in the field is a vast and fruitful field of structural mechanics. Despite the progress in the analysis and several studies conducted over the years in order to explain the appearing of the birdcaging phenomenon through the research of the behavior of layers known as tensile armors, not too much attention was directed to the structural behavior of outer plastic layer. This thesis contributes with the studies of the birdcaging mechanism regarding the structural behavior of the plastic cover and presents a simple criterion to triggering the phenomenon. Analytical, numerical and mainly experimental studies were conducted with HDPE pipes simulating the outer plastic cover in order to investigate the axisymmetric instability under compressive loading and internal pressure. Using an adapted analytical model, a limit instability chart was constructed using dimensionless axial compressive load and internal pressure. This chart, tested with finite element simulations, experimental tests on HDPE pipe, and with values of experimental tests on flexible pipes, may offer an engineering criterion to predict the phenomenon in question