Análisis lineal viscoelástico de Bend Stiffeners

Abstract

Los bend stiffener son componentes importantes en los sistemas offshore, su función es garantizar una suave y segura transición entre la línea flexible o riser y la unidad flotante. Siendo fabricados en poliuretano el comportamiento mecánico es viscoelástico, por tanto dependiente del tiempo y del historial de carga. A lo largo de los años diversos modelos fueron realizados con simplificaciones en el modelo de material y en la interacción riser- bend stiffener. Avances en la teoría viscoelástica y en los métodos numéricos pueden ayudar a tener una mejor concepción y modelo del problema. En el presente trabajo se implemente dos subrutinas en el lenguaje de programación FORTRAN según la metodología UMAT del software comercial de análisis por el método de elementos finitos ABAQUS para calcular la respuesta mecánica del sistema riser-bend stiffener, para elementos finitos tipo viga Timoshenko y sólido, considerando material isotrópico, homogéneo y simétrico elástico y viscoelástico lineal. Fueron hechas comparaciones en la respuesta mecánica obteniéndose excelentes correlaciones con el trabajo de otros autores. Para fines didácticos este trabajo se divide de la manera siguiente: Capitulo 1: Se realiza breve introducción explicando que es un bend stiffener y el porqué de su importancia en la industria offshore a continuación una revisión del estado del arte relacionado al análisis mecánico viscoelástico, citando autores de trabajos previos, métodos matemáticos. Finalmente se informa de los objetivos de este trabajo y se describen los capítulos con detalle. Capítulo 2: Se presenta el programa ABAQUS, sus características y ventajas que lo hacen la solución idónea para este análisis. Se hace un estudio de la teoría linear elástica y linear viscoelástica que nos brindaran las ecuaciones constitutivas del material en el presente análisis. Se mostrarán las formulaciones analíticas y los comandos utilizados para su implementación en FORTRAN. Capítulo 3: Las consideraciones tomadas en el análisis tipo viga y sólido son reveladas, comparaciones para un mismo material pero con diferente tipo de elementos finito son realizadas, también son realizadas comparaciones entre el material linear elástico y linear viscoelástico siendo los resultados posteriormente analizados.