Impact on polymer-coated pipelines

Denne masteroppgaven inneholder en eksperimentell og numerisk undersøkelse av den mekaniske styrken til undersjøiske rørledninger med isolasjonslag av polymer. Målet med oppgaven var å finne ut hvordan undersjøiske rørledninger med porøst polyuretan responderer under kvasi-statisk last. Dette arbeidet er en del av et forskningssamarbeid mellom SIMLab på NTNU og Equinor, der støt mot isolerte rørledninger er fokus. Materialegenskaper for stål og porøst polyuretan (PU) ble bestemt fra eksperimenter. Strekktester av stålet ble gjennomført for å verifisere at stålet hadde stålkvalitet X65. Trykkprøver ble gjennomført på PU testprøver. Under trykkprøvene ble det observert at porøst PU var et sprøtt materiale. Røntgen mikro-computertomografi viste en variasjon av relativ tetthet i radiell retning i røret. En komponenttest ble gjennomført ved kvasi-statisk inntrykking av to rørledninger på 1m med to forskjellige inntrykkingskniver. Det ble observert at PU-isolasjonen absorberte 18kJ og 11kJ av arbeid utført av henholdsvis stor og liten inntrykkingskniv før noe permanent deformasjon var synlig i stålrøret. En kort sammenlikning av PP- og PU-isolerte rør ble utført, der PU-isolasjonen absorberer mindre energi. Kalibrering av materialmodeller ble gjort basert på eksperimenter og tidligere forskning ved NTNU. En Johnson-Cook material modell ble brukt på stålet, og sann spenning mot sann tøyning ble etablert for PU-isolasjonen. For PU ble disse verdiene modifisert til å passe inn i materialmodellen crushable foam (Deshpande and Fleck) i Abaqus, samt gjort responsen mykere for å ta hensyn til brudd som ikke har blitt kalibrert. Alle eksperimenter ble simulert for å verifisere materialmodellene. Trykktesten av PU-isolasjonen og komponenttesten ble grundigere undersøkt. Isolasjonslaget i røret ble delt opp i 4 lag med forskjellige materialegenskaper avhengig av relativ tetthet. Det har ikke blitt brukt noe bruddkriterie i Abaqus, selv om dette ble observert i isolasjonslagene i eksperimentene. De numeriske analysene ga gode resultater. Til slutt ble en numerisk grensetilstandsanalyse (BC) utført for å undersøke endringer i responsen ved inntrykking av røret med mer realistiske BCs