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6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos

AVALIAÇÃO DA AUTOFRETAGEM DE TUBOS DE HIPER ALTA PRESSÃO

Antônio Fernando Burkert Bueno
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RGS

Telmo Roberto Strohaecker
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RGS

Trabalho apresentado no 6º COTEQ
Salvador, agosto de 2002.

As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva
responsabilidade do(s)autor(es).

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Tecnologia de Equipamentos

SINÓPSE
O presente trabalho tem como objetivo comparar os diferentes métodos de estimativa das
tensões residuais geradas pela Autofretagem. Empregou-se o método de G.SACHS(4) na
determinação experimental das tensões. São empregados os métodos analíticos de
Timoshenko(1), Mendelson(2) e Chen(3), com os critérios de vonMises para o primeiro e de
Tresca para os demais. O método numérico empregado é o Método dos Elementos Finitos
com o critério de von Mises. Na análise dos resultados verifica-se que os métodos que
empregam o mesmo critério de tensão equivalente concordam entre si. Formula-se então a
hipótese de que qualquer dos métodos empregados conduzirá ao mesmo resultado, desde que
empregando o mesmo critériode tensão equivalente. Para testar-se tal hipótese altera-se,
inicialmente, o método de Chen para emprego do critério de von Mises. Como o resultado é
positivo, altera-se então o método de Mendelson para o emprego com o critério de von Mises,
o que também confirma a hipótese formulada.

1. INTRODUÇÃO:
Duas variáveis afetam primariamente a pressão máxima que um tubo pode admitir. Uma delasé a resistência do material empregado em sua construção e a outra é a espessura da parede
deste, relativa a seu diâmetro.
No início de nosso século (1907), um oficial da artilharia Francesa chamado Jacob(3), sugeriu
um processo alternativo para pré-tensionar um canhão, denominado “Autofrettage”, o qual
poderíamos traduzir como “Auto-expandido”. Neste processo o cilindro é submetido a umapressão interna com uma intensidade suficiente para produzir o escoamento em uma parte ou
na parede completa. Este processo é obtido através de uma pressão hidráulica ou pela
expansão causada por um mandril com diâmetro externo maior do que o diâmetro interno do
tubo. Quando a deformação permanente é atingida, a pressão é aliviada. Enquanto as outras
camadas tendem a retornar suas dimensõesoriginais, as mais internas, consideravelmente
expandidas devido a deformação plástica, tendem a manter seu diâmetro aumentado. Assim
um campo de tensões residuais é introduzido na parede do cilindro, ou seja: compressivo nas
camadas mais internas e de tração nas mais externas.
Vê-se que atualmente uma quantidade cada vez maior de projetos que antigamente eram feitos
considerando apenas o regimeelástico dos materiais, hoje aproveitam uma maior faixa útil
dos mesmos.
As tensões residuais compressivas presentes na parede interna de tubos após a Autofretagem,
contribui favoravelmente ao aumento da vida destes componentes quanto a Fadiga, bem como
reduzem a probabilidade de iniciação de trincas e a taxa de crescimento das mesmas.
Uma avaliação confiável das tensões residuais após aAutofretagem é, pois, de suma
importância para a predição da vida de componentes submetidos tanto a carregamentos
estáticos como a dinâmicos.
2. REVISÃO DE BIBLIOGRÁFICA
Revisa-se, agora, a bibliografia existente sobre a Autofretagem, a qual apresenta métodos de
avaliação das tensões residuais, contendo desde abordagens mais simplificadas até as mais
rigorosas. Expõem-se, inicialmente, ajustificativa para o emprego deste processo.
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2.1. JUSTIFICATIVA
O processo de Autofretagem é recomendado para aqueles casos onde o aumento da relação
espessura/raio do tubo não produz mais o efeito desejado, além daqueles em que é desejado
otimizar a relação capacidade de carga/peso do componente.
Para uma determinada relação p/σADM,...
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