Avaliação estrutural de tubulações nucleares utilizando análises não lineares com o método dos elementos finitos

Abstract

Esta dissertação apresenta a importância da integridade estrutural nos sistemas de tubulações nas instalações nucleares, em problemas que envolve as não linearidades geométricas em suportes. Durante a operação da planta, os tubos estão sujeitos a diversas cargas, perenes e transitórias, que podem provocar danos por plastificação excessiva ou fadiga de baixo ciclo. Para o estudo proposto foi escolhido o sistema de tubulações do circuito primário do reator IEA-R1 que possui as não linearidades de folga e contato. As folgas e contato nos suportes alteram a rigidez, impossibilitando de realizar análise linear, sendo necessário solucionar o problema mediante métodos iterativos. As restrições foram implementadas com o software ANSYS Mechanical APDL versão 2022 R1, considerando as condições estáticas lineares e não lineares, com as cargas de peso próprio e variação de temperatura. Para atingir essa finalidade, considerou-se as regras e requisitos do código para garantir a confiabilidade nos resultados. Observou-se nos resultados das forças de reações que o suporte não linear modificou a flexibilidade na linha de tubulação, e o efeito da expansão térmica ocasionou o deslocamento vertical do tubo, deixando o suporte inativo. Embora, estas folgas geradas pela variação de temperatura têm a tendência de serem estabilizadas pelo peso próprio. Na direção ortogonal à linha de centro da tubulação, o atrito contribuiu com o suporte, tornando-o mais rígido. Em temperatura elevada o atrito não resiste a expansão térmica axial ao tubo e pode sobrecarregar a linha de tubulação. Os deslocamentos axiais no tubo não se modificam significativamente com a carga de peso próprio. Por fim, o suporte não linear pode reduzir as forças e momentos na linha, mas não são consistentes de modo que garanta essa característica para avaliar qualquer instalação.