Residual stress assessment in submarine pressure hull instability

Na construção de cascos resistentes de submarinos são utilizados, frequentemente, os processos de conformação a frio e de soldagem. Estes processos produzem na estrutura deformações plásticas permanentes originando tensões residuais. A presença das tensões residuais é equivalente a introduzir uma pré-carga inicial na estrutura, o que acelera o processo de plastificação, reduzindo à capacidade de resistência da estrutura à pressão hidrostática. Para quantificar esta redução foi realizado, inicialmente, um estudo considerando a presença das tensões residuais devido à conformação a frio das chapas do casco e do flange das cavernas, para submarinos com 6, 8 e 10 m de diâmetro, em aço HY100. Para isso, um modelo não-linear foi produzido considerando não-linearidades geométricas e de material. Complementarmente, também foi estudada a influência de perfis de tensões residuais definidos a partir de resultados experimentais na redução da pressão de colapso do casco resistente do submarino espanhol S-80. Estes perfis consideram a presença simultânea de tensões residuais de conformação e de soldagem. Em todos os modelos estudados, as tensões residuais foram introduzidas no modelo numérico utilizando o comando INISTATE disponível no software comercial Ansys. Este comando é frequentemente utilizado na literatura em modelos numéricos envolvendo tensões residuais e foi validado utilizando três modelos de referência disponíveis na literatura. Ao final, pôde-se verificar que a presença das tensões residuais acelera a plastificação do casco resistente e reduz a pressão de colapso em até 5%, sendo a tensão residual de conformação a que mais contribuí nesta redução. De qualquer forma, pôde-se concluir que a influência das tensões residuais é pequena quando comparada com a pressão de colapso obtida para cada casco resistente analisado.During the manufacturing of submarine pressure hull are often applied processes like cold forming and welding. Those processes lead to permanent plastic deformations which are associated with residual stresses. The presence of residual stresses is equivalent to the introduction of an initial pre-load in the structure, which accelerates the plastification process, decreasing hull pressure resistance. To quantify this reduction, a case study that considers residual stresses due to cold forming on hull and flange plates has been performed. The study encompasses hull diameters of 6, 8 and 10 m, made of HY100 steel. A nonlinear model has been done, considering material and geometric non-linearity. Complementarily, the influence of experimental residual stresses profiles on the reduction of collapse pressure of the Spanish S-80 submarine has been studied. These profiles consider the simultaneous presence of residual stresses due to cold forming and welding. In all studied models, the residual stresses have been introduced in the numerical models through INISTATE Ansys software command. This command has been validated using three reference models available in open source literature. In the end, it has been possible to verify that the presence of residual stresses increase the hull plastification and reduces the collapse pressure up to 5%, being the cold forming induced stress which most contributes to this reduction. Finally, it could be concluded, in the end of the study, that the influence of the residual stresses is small when compared with the collapse pressure obtained for the analyzed pressure hulls