Cálculo dos fatores de intensidade de tensão de trincas semielípticas internas em vasos de pressão de parede espessa

Abstract

Vasos de pressão são equipamentos de alto custo extensivamente utilizados na indústria para armazenamento e processamento de substâncias. Mesmo seguindo normas que regulam o projeto e a fabricação desses vasos, como a ASME B&PVC, defeitos gerados no processo de fabricação ou em serviço podem ocorrer no material do vaso, comprometendo a sua integridade mecânica. Por essa razão, existem normas que fornecem procedimentos baseados na Mecânica da Fratura para avaliar e determinar a aceitabilidade desses defeitos. A Mecânica da Fratura representa, portanto, uma ferramenta importante na análise da integridade estrutural de equipamentos industriais críticos. Em termos práticos, o objetivo dessa ferramenta é obter um parâmetro que caracterize a gravidade do defeito analisado. Um dos parâmetros que podem ser utilizados é o Fator de Intensidade de Tensões (FIT). A maioria dos defeitos tipo trinca reais pode ser modelada pela geometria de uma elipse ou semi elipse, e o problema de calcular os FITs dessas trincas em configurações complexas pode ser abordado com auxílio do Método dos Elementos Finitos (MEF). No presente trabalho, os FITs do Modo I de carregamento de trincas semielípticas internas orientadas longitudinalmente em vasos de pressão cilíndricos de parede espessa são calculados de forma analítica e computacional, com simulações via software de Elementos Finitos. Os cálculos analíticos são realizados utilizando dois conjuntos de equações obtidos da literatura específica. Ao final, verifica-se que os resultados dos caminhos analítico e computacional possuem comportamento semelhante. Verifica-se, também, que os valores dos resultados computacionais associados aos vasos com razão R/t = 4 apresentam diferenças consideráveis (erros relativos entre 11,84% e 25,59%) com relação aos valores das equações. Já para R/t = 10, essas diferenças são menores, com erros relativos entre 3,75% e 15,38%.