RESISTENZA STATICA TORSIONALE DI CONNESSIONI ACCIAIO ALLUMINIO DI ASTE INNOVATIVE PER PERFORAZIONI

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1 AAS ASSOCAZONE ALANA PER L ANALS DELLE SOLLECAZON XXXV CONVEGNO NAZONALE, 0-3 SEEMBRE 2008, UNVERSÀ D ROMA LA SAPENZA RESSENZA SACA ORSONALE D CONNESSON ACCAO ALLUMNO D ASE NNOVAVE PER PERFORAZON L. Betini a, M. Beghini a, C. Santu a*, A. Melo b, A. Bayhnikov b a Univeità di Pia, Diatimento di ngegneia Meccanica Nucleae e della Poduzione, via Diotialvi, n Pia. * cio.antu@ing.unii.it b Eni S..A. Exloation & Poduction Diviion, Via Emilia, n San Donato Milanee (M). Sommaio Nel eente lavoo vengono analizzate due tecniche di aemblaggio di conneioni tubolai ilettate a elementi in acciaio e ate di eoazioni in alluminio. Le due tecniche analizzate vengono indicate: a caldo e a eddo. Duante l aemblaggio a caldo i imone una dieenza di temeatua a le due ati in modo da intodue un inteeenza di contatto e quindi ottenee eitenza toionale gaantita dall attito tatico. ale tecnica è attualmente di comune utilizzo. L aemblaggio a eddo viene oota come altenativa. L inteeenza di contatto viene geneata diettamente eando le due ati mediante l alicazione di una ceta coia toionale. Un imotante vantaggio del eaggio a eddo è che la ate in alluminio non viene ottoota a ollecitazioni temiche che oono eee dannoe e le oietà micotuttuali della lega. uttavia queta tecnica ichiede l utilizzo di un ootuno comoto da inteoe a le ueici a contatto, che ia in gado di idue l attito dinamico duante il eaggio, e che ucceivamente ad una ae di olidiicazione genei elevato coeiciente di attito tatico in gado di gaantie eitenza toionale. Pove in iena cala vengono motate ia u conneioni aemblate a caldo ia a eddo. nolte un analii agli elementi initi ha emeo di inteetae il comotamento delle due tecniche e ottenee un cononto. Abtact n the eent ae, two technique o aembling aluminum dill ie to teel tool joint wee invetigated: hot aembling and cold aembling. Duing hot aembling a dieence o temeatue between the two at i exloited to imoe contact inteeence and then iction bond geneate toional tength. Hot aembling i odinaily ued. Cold aembling technique i hee eented a an altenative. Duing cold aembling connection make u, the contact inteeence ae obtained jut imoing an extenal toque. A clea advantage o cold aembling i not to exoe the aluminum alloy to high temeatue, that can be a ik o the aluminum alloy micotuctue. Howeve, thi technique equie a oe lubicating comound between the mating uace in ode to educe the toque equied to make u the connection. Ate lubicating comound cuing, the coeicient o tatic iction ie and high toional tength o the connection i obtained. Full cale exeimental tet wee eomed both on hot aembled connection and on cold aembled connection. Finite element model i ooed to chaacteize both aembling technique and a comaion i ovided. Paole chiave: Conneioni di elementi tubolai. Analii agli elementi initi di collegamenti ilettati. Reitenza toionale.

2 . NRODUZONE La batteia di eoazione (Dill Sting) è uata in ambito etolieo e aggiungee la zona oduttiva []. La batteia di eoazione è una tuttua tubolae, di elevata lunghezza, comota da centinaia di ingole ate (Dill Pie) che vengono connee a loo duante la eoazione. Le condizioni di eecizio della batteia di eoazione ono decitte in Re.[2]. l collegamento a due ate conecutive i ottiene e mezzo di due conneioni in acciaio, con ilettatua conica (ool Joint). Poio le conneioni ono i iti dove i veiicano ottue tuttuali, che olitamente ono molto cotoe e ichiedono lunghe oeazioni e il ecueo delle ati a valle della ottua. Le nomative AP [3,4] conideano oltanto le ate di eoazione in acciaio e le loo conneioni, mente ecentemente il oibile utilizzo di mateiali altenativi viene valutato con cecente inteee, al ine di ottenee alcuni vantaggi. Ad eemio Smith et al. [5] e Schutz e Watkin [6] hanno ooto l utilizzo di leghe di titanio, e la ealizzazione delle ate di eoazione. Anche l utilizzo di leghe di alluminio ad alta eitenza è tata oota in ubblicazioni ecenti [7-9]. Le ate di eoazione di alluminio (Aluminum Dill Pie) comotano alcuni vantaggi ietto all acciaio e al titanio: l alluminio è iù leggeo dell acciaio e del titanio, in aticolae conideando il eo eciico immeo (e acilitae la eoazione la batteia oea all inteno di un ootuno luido detto ango di eoazione), quindi eoazioni molto oonde oono eee ottenute con caichi idotti e anche minoe enegia ea e la movimentazione; l alluminio oe una maggioe eitenza eciica (aoto a il limite di nevamento e la denità) ia ietto all acciaio ia ietto al titanio, eendo il eo teo della tuttua la caua inciale di ollecitazione, la iù elevata eitenza eciica detemina una maggioe oondità maima di eoazione; l alluminio è iù cedevole ia dell acciaio che del titanio, quindi ecoi deviati della batteia di eoazione vengono eeguiti iù acilmente. È di chiao inteee il atto che il ozzo etolieo di maggioe lunghezza mai ealizzato (nella eniola di Kola, anni 80), con un etenione che ha ueato i 2 km, u ealizzato aunto con elementi di alluminio, con cotuzione analoga a quella motata nel eente lavoo. uttavia, il inciale vantaggio dell utilizzo di leghe di alluminio, iuttoto che acciaio, è la maggioe vulneabilità in temini di eitenza ueiciale ed uua conto le aeti occioe, in quanto le leghe di alluminio (anche quelle ad alta eitenza) hanno baa duezza. ozzi etoliei hanno eo un ecoo non ettilineo (e vaie agioni, ad eemio la neceità di ueae otacoli, inolte il maggioe uttamento del giacimento che ha una tatiicazione oizzontale), quindi le batteie di eoazione ono ozate a uotae all inteno di un ecoo cuvilineo, ottoonendo il mateiale a atica e leione otante. l danneggiamento a atica è inolte aggavato da elevati caichi tatici e ambiente cooivo. Ci ono anche alte caue di danneggiamento degli elementi di eoazione (vedi Ri. [0]) anche e la atica imane la inciale modalità di ottua di queti comonenti. Nonotante la atica, la eitenza tatica delle conneioni (ia a caico aiale, ia toionale) è un equiito eliminae di ogetto. Le nome AP oono una ocedua di dimenionamento tatico, baandoi u modelli iici edittivi molto elementai. Pe cui, eo il calcolo di nomativa viene integato con analii agli Elementi Finiti (EF) con cui i analizzano gli eetti di alcuni dettagli. Eite inatti una bibliogaia abbatanza amia di analii EF u conneioni AP, molte delle quali ono aunto inalizzate a uggeie modiiche di geometia al ine di incementae la eitenza della conneione. aehi e Dove [] uono i imi a ooe analii EF e ottenee lo tato di tenione e di deomazione di conneioni AP ottoote a caico aiale, leione e toione. Recentemente Baagetti e Bayhnikov [2] hanno tovato le condizioni limite mediante tet di laboatoio (caico aiale e leione), conontando la edizione econdo nomativa con iultati EF. Baagetti e eanova [3] hanno eteo lo tudio a condizioni di toione olte al limite tatico, in cui i oono ottenee deomazioni latiche elevate. Bahai [4] ha ooto un analii EF aametica, u conneioni AP, concentandoi in aticolae ulla iatizione dei caichi a i iletti nella zona della ilettatua conica. l iultato iù evidente dello tudio è tato quello di icontae che alla due etemità della zona ilettata i geneano delle concentazioni dei caichi (olte alla ovvia concentazione di tenione d intaglio alla adice del iletto). L analii aametica comendeva dieenti geometie della conneione, ia ottoote a leione ia a caico aiale. Alte analii EF

3 hanno come obbiettivo quello di ooe modiiche della geometia della conneione. Ad eemio Chaaban e Juta [5] hanno invetigato il miglioamento in temini di eitenza del iletto con ianco inattivo a dieente angolo, in modo da iobutie la ezione alla adice. Macdonald e Dean [6] hanno analizzato l eetto della coia di eaggio e quindi la tenione media geneata in coiondenza della adice dell ultimo iletto in ea (Lat Engaged head, LE) e il elativo eetto in temini di eitenza a atica. Macdonald [7] ha inolte invetigato la oibilità di intodue ootune geometie di gole di caico inalizzate a idue la concentazione di tenione ietto alla coniguazione oota dalla noma. n quai tutti gli aticoli di letteatua le analii EF ono iane aialimmetiche, in cui l angolo d elica della ilettatua i tacua. n queto modo l analii è icuamente iù veloce da un unto di vita comutazionale. Mediante modelli iani aialimmetici è, ovviamente, oibile modellae una ollecitazione di tazione, ma è anche oibile modellae caico lettente e tocente mediante l utilizzo di elementi iani aialimmetici di tio amonico, anche e in tal cao non uò comaie alcuna onte di non-lineaità, né geometica di contatto né di mateiale [8]. Un analii tidimenionale comleta, di conneioni ilettate coniche è tata oota da Chen e Shih [9]. Nel loo lavoo hanno dimotato che l eoe che i commette tacuando l angolo d elica (e quindi uttando un modello iano) diende da aameti geometici, ma comunque imane eme dell odine del 0% in temini di maima tenione alla adice del iletto. Nel eente lavoo, in cui i valuta la eitenza toionale della conneione ilettata, una agione di ote incetezza è il coeiciente di attito. Pe cui l accuatezza di un modello iano aialimmetico è iù che uiciente, e conontata con l incetezza intodotta dal coeiciente di attito. Le analii EF eentate in queto lavoo iguadano collegamenti ilettati a conneione in acciaio ed elemento tubolae in alluminio (geometia e dimenioni vengono iotati in eguito), a dieenza della geometia delle conneioni AP che ono emlicemente a elementi tubolai in acciaio. Analii EF elative a quete conneioni ono tate oote da Santu [20] e Betini et al. [2] ma oltanto elativamente allo tudio della eitenza a atica. 2. COLLEGAMENO FRA CONNESSONE N ACCAO E ELEMENO UBOLARE N ALLUMNO 2.. Mateiale La noma SO 5546 [22] deinice una vaietà di geometie dell elemento tubolae in alluminio (Aluminum Dill Pie, ADP) e quatto leghe di alluminio dedicate a queta aticolae alicazione. Nel eente lavoo la conneione conideata è la SO 5546, 47 3 e la lega di alluminio è quella del econdo guo che conite nella lega di maima eitenza a le quatto conigliate dalla noma. Queta lega ha una comoizione (iotata in ab.) molto imile alla 704. abella : Comoizione della lega di alluminio. Mg [ % ] Zn [ % ] Cu [ % ] Mn [ % ] C [ % ] i [ % ] Z [ % ] Fe [ % ] Si [ % ] Al < 0. < 0. < 0.2 < 0.2 balance l tattamento temico e il oceo di omatua ono imili alla condizione 6, oia una iniziale etuione (ovviamente neceaia e geneae la oma tubolae) eguita da una tema di olubilizzazione con elativo invecchiamento atiiciale e ottenee maima eitenza. l mateiale è tato inolte caatteizzato mediante ove di tazione. iultati ono iotati in ab.2. abella 2: Poietà tatiche del mateiale. E a [ MPa ] S Y [ MPa ] S US [ MPa ] S [ MPa ] 72000± ±5 540±0 485±20 σ [ MPa ] RA [ % ] ε,e [ % ] ε, [ % ] 700±25 3±5 2±5 37±5

4 2.2. Geometia della conneione La oibilità di collegae diettamente due elementi tubolai in alluminio, mediante una conneione ilettata non uò eee aticata dal momento che la conneione deve ote eee collegata e collegata molto equentemente duante le oeazioni di tivellazione. È ben noto che ilettatue in alluminio vanno inconto ad uua molto veloce e collegate ietutamente. Quindi è neceaio l utilizzo di conneioni in acciaio (Steel ool Joint, SJ) alle quali gli elementi in alluminio vengono inizialmente connei e non iù collegati in eecizio, Fig.. Conical thead ee otion taeed theaded otion Sto ace Sto ace aeed theaded otion Aluminum Dill Pie Steel ool Joint (Pin) headed connection Steel ool Joint (Box) D O c D Lc c Root i, i L LE LLE L Flank i, i DS Conical thead ee otion Aluminum Dill Pie ADP SJ (a) (b) Figua : (a) Conneioni acciaio-alluminio non montabili, conneioni acciaio-acciaio montabili. (b) Sezione della conneione acciaio-alluminio, eaggio conico, zona ilettata, ueicie di battuta. Come motato in Fig.(b), quando la conneione è ozata eitono due tii di inteeenze: inteeenze diametali c, (ulla ueicie conica e alla adice del iletto iettivamente); inteeenza aiale ulla ueicie di battuta. Le inteeenze diametali ono contollate dalle tolleanze geometiche a le due ati ealizzate e tonitua, mente l inteeenza aiale è contollata dalla otazione imota doo il imo contatto ulla ueicie di battuta. Come motato in Fig.(b), il iletto è di oma taezoidale e quindi eite un contatto (olte che ul ianco del iletto) a la teta del iletto dell elemento in acciaio e il ondo del iletto dell elemento in alluminio. Le inciali dimenioni della conneione ono motate in ab.3. abella 3: Pinciali dimenioni della conneione acciaio-alluminio. D O [ mm ] D [ mm ] D S [ mm ] L LE [ mm ] L c [ mm ] L [ mm ] L [ mm ] Reitenza toionale della conneione La eitenza toionale della conneione è data dalla condizione limite di attito tatico. n tale condizione ogni ozione di ueicie di contatto genea un azione tangenziale ai a: τ =, in cui è il coeiciente di attito tatico e è la locale eione di contatto. La tenione tangenziale τ genea una oza elementae con oientamento ciconeenziale, u ogni elemento di aea di contatto, e quindi un momento ietto all ae della conneione. ntegando tutti i contibuti a momento i ottiene la eitenza toionale, oia la coia maima che la conneione uò otenee alla condizione limite di adeenza. olando il coeiciente di attito i uò civee:

5 = () n cui i intoduce che è la eitenza toionale della conneione e il coeiciente di attito tatico oe unitaio. diende oltanto della geometia della conneione e dalle eioni di contatto: D π D + D D D D L D D D L D L n n O 2 2 S O O = cπ O c + ( S ) +, iπ O +, iπ O i= 2 i= 2 (2) in cui c,,, i,, i ono le eioni di contatto (aunte localmente uniomi) iettivamente in coiondenza della ueicie conica, della ueicie di battuta, della adice e del ianco della ezione i -ma del iletto e n, n ono il numeo di ezioni di adice e ianco del iletto, vedi Fig.(b) (nella conneione analizzata nel eente lavoo n = 2, n = 3 [22]). L elemento tubolae in alluminio, ad una ceta ditanza dalla conneione, eenta una iduzione dello eoe di aete (non motato in Fig.). La eitenza toionale dell elemento tubolae, a ditanza dalla conneione, è = 76.5 kn m (comleta laticizzazione della ezione tubolae) [23]. Nel cao in cui la eitenza toionale della conneione ia ineioe a l elemento debole è ovviamente la conneione, vicevea nel cao in cui >, la conneione ha una eitenza uiciente, oia la ua eenza non indebolice la tuttua in temini di eitenza toionale. 3. MODELLO AGL ELEMEN FN La conneione è tata analizzata mediante un modello EF iano aialimmetico, in cui l angolo d elica viene tacuato e quindi il iletto viene modellato come una eie di anelli. oli caichi alicati al modello ono le inteeenze alle inteacce di contatto, alicate e mezzo di elementi ga, oia elementi di contatto nodo-nodo, Fig.2. 2D model with: 283 ax.ym. elem. 32 ga element ga elem. ga elem. ADP head oot SJ ADP ga elem. Figua 2: Modello EF della conneione, dettaglio del iletto, alicazione degli elementi ga. Nel modello intevengono due caue di non lineaità: non-lineaità della lega di alluminio, in aticolae in coiondenza del accodo alla adice del iletto, in cui i genea una concentazione di tenioni; non-lineaità di contatto, dato che i contatti oono aii (anche olo azialmente). n ealtà quete due onti di non-lineaità hanno un uolo molto maginale, dato che il comotamento elato-latico della lega di alluminio è coninato ad una zona molto limitata nell intono del accodo della adice del iletto, ed inolte, e eetto delle inteeenze imote, non ci ono contatti aeti. Pe cui le inteeenze c,, e le eioni di contatto c,,, i,, i ono legate da elazioni lineai.

6 nolte, e la lineaità dell Eq.2, a le eioni di contatto e, egue che eite una elazione lineae a le inteeenze c,, e, che uò eee eea nella oma: = C + C ( ) + C (3) c 2 c 3 La oma dell Eq.3 è uggeita dal atto che nel cao in cui = c (come eo accade almeno aoimativamente, valoi numeici ono iotati in eguito) l equazione i iduce ai oli due temini C, C 3. Pe mezzo del modello EF è tato oibile deteminae quantitativamente le cotanti: C = 435kN m / mm, C = 270kN m / mm, C = 670kN m / mm (4) 2 3 Da notae che nell Eq.3 non comae il coeiciente di attito, dato che i detemina. L Eq.3 decive oltanto il comotamento elatico e la geometia della conneione. 4. APPARAO SPERMENALE PER LE PROVE ORSONAL L attezzatua di ova utilizzata e eeguie le ove di vitamento è motata in Fig.3. ale attezzatua conite in due gie con attuatoi idaulici a 20. Un tezo gie uò uotae geneando toione. l gie intemedio uò otai aialmente in modo da aecondae il movimento longitudinale dovuto all angolo d elica. La tumentazione ull attezzatua emette di egitae la coia eecitata e l angolo di otazione. La maima coia che uò eecitae l attezzatua è 90 kn m. Queta attezzatua, ealizzata dall ameicana Weatheod, è tata mea a dioizione e le ove elative al eente lavoo dalla CMA Canavea Sl di oino. Axially ee gie Rotating gie 5m Figua 2: Attezzatua di ova toionale, dedicata alle conneioni tubolai. 5. ECNCHE D ASSEMBLAGGO 5.. Aemblaggio a caldo L aemblaggio a caldo è attualmente uato in aticolae dalla comagnia Rua Aquatic [9]. Le due ati, alluminio e acciaio, hanno una ceta inteeenza diametale iniziale. La ate in acciaio viene ota in un ono ad induzione, mente la ate in alluminio viene mantenuta a temeatua ambiente attaveo un getto d acqua, intodotto dall inteno dell elemento tubolae. Quando la ate in acciaio ha aggiunto la temeatua uiciente a comenae l inteeenza geometica e dilatazione temica, le due ati vengono collegate aidamente, ino al contatto della ueicie di battuta. l aeddamento continuo della ate in alluminio gaantice uno maltimento del caloe abbatanza aido, in modo da non a ubie una ollecitazione temica alla tuttua metallica della lega di alluminio, che otebbe eee dannoa in temini di oietà micotuttuali. Recueata la dilatazione temica, l inteeenza geometica a le due ati, deve eee comenata dalla dilatazione elatica e quindi i geneano le eioni di contatto alle ueici di inteaccia. La tecnica di

7 aemblaggio a caldo è in gado di geneae evalentemente inteeenze diametali c,, mente non emette di imimee una igniicativa inteeenza aiale. Come i evince dall Eq.3 i utta oltanto il temine diametale (cotante C ), ma non i utta il contibuto aiale (cotante C 3 ). Mediante l attezzatua ecedentemente decitta ono tate ovate due conneioni ecedentemente aemblate a caldo ed è tata quindi deteminata la eitenza tatica, ab.4. [ mm ] c abella 4: Pove toionali u conneioni aemblate a caldo. [ mm ] Δ [ C ] [ kn m ] [ kn m ] Entambe le conneioni avevano le tee inteeenze diametali. è tato ottenuto dalle Eq.3, è invece il iultato eimentale, ed inine il coeiciente di attito tatico è tato icavato dall Eq.. Δ è la dieenza di temeatua imota a ate in acciaio e ate in lega di alluminio, uiciente a comenae le inteeenze diametali. Da notae che la eitenza toionale è ineioe alla eitenza toionale dell elemento tubolae = 76.5 kn m, anche e di oco. n deinitiva la tecnica di aemblaggio a caldo oe una buona eitenza toionale, ma non viene uttato il temine di inteeenza aiale, che emetteebbe di ottenee una eitenza toionale ueioe a quella dell elemento tubolae Aemblaggio a eddo l inciio dell aemblaggio a eddo è molto emlice, conite nel geneae le inteeenze (ia diametali che aiale) ozando le due ati toionalmente. Duante il eaggio le ueici a contatto coono elativamente e quindi i manieta attito dinamico. eminato il eaggio, la eitenza toionale è data dall attito tatico. Solitamente l attito tatico è maggioe dell attito dinamico, tuttavia i due valoi ono imili (nel cao di contatto ecco a ueici metalliche). Quindi il momento tocente ichieto e eae ootunamente la conneione è cica ai alla eitenza toionale da aggiungee. moe una coia di eaggio coì elevata uò danneggiae l elemento in alluminio, che otebbe ubie macate calitue ulla ueicie lateale di aeaggio e anche laticizzazione nella zona della ilettatua. Pe endee la tecnica di aemblaggio a eddo cometitiva viene ooto l utilizzo di un aticolae comoto che ha la caacità di eee inizialmente liquido, e quindi abbattee l attito dinamico, e che ucceivamente alla ae di cuing olidiica e iitina un elevato attito tatico. l comoto utilizzato nella eente eimentazione è tato viluato dalla Potech Centeom Ltd, eciicatamente e la eente alicazione. Si tatta di una eina eoidica (nome commeciale novolac ) icca di catalizzatoe, in gado di geneae una olimeizzazione amiicata. La bae eoidica è caicata con iemitivo olido ceamico (70% in eo) cotituito da cabui di ilicio e nitui di titanio, di dimenione comee a 4 e 60 μm. Un elevata ecentuale di iemitivo di oma eica genea una lubiicazione vicoa con una ote comonente volvente. nolte, la eitenza a comeione è notevole doo la olidiicazione, gazie all elevato contenuto di iemitivo olido. La olidiicazione (o cuing) avviene enza ecceivo viluo di caloe (la vaiazione di temeatua non uea C). Un ootuna deoizione del comoto è tata alicata ulle ueici di contatto dell elemento in alluminio con l obbiettivo di ditibuie in modo iù uniome oibile il comoto ulle ueici a contatto, Fig.3(a). Mente il comoto è liquido, i uò alae di coeiciente di attito dinamico lubiicato (o wet, w ). Duante l aemblaggio la coia di attito neceaia e eae la conneione ha la tea oma dell Eq., ma il coeiciente di attito tatico deve eee otituito da quello lubiicato: w w = (5)

8 Low iction comound w [knm] MU BP, = 0 c = 0, c = tun (a) (b) Figua 3: (a) Ootuna deoizione del comoto, ulle ueici di contatto dell elemento in alluminio. (b) Andamento della coia di attito duante il eaggio. Pe eetto della conicità, avvicinando le due ati, i contatti ono inizialmente aeti. Avvitando le due ati a loo, in una ima ae i manietano le inteeenze diametali, ino alla coia di Beak Point BP, oia quando i avvete il contatto della ueicie di battuta, ucceivamente la coia di eaggio aumenta molto aidamente dato che l inteeenza aiale cece aidamente, ino ad aivae ad un valoe inale di eaggio deinito come coia di Make U MU, Fig.3(b). n ab.5 vengono iotate tutte le ove eeguite u conneioni aemblate a eddo. L attezzatua motata in Fig.2 è tata utilizzata ia e eae le conneioni e ia, ucceivamente, e eeguie le ove di vitamento. Relativamente a ciacuna ova i hanno le inteeenze diametali c,, la coia di Beak Point viene miuata eimentalmente, come il valoe di coia di eaggio e cui i oeva un buca vaiazione di endenza. Alla condizione di Beak Point l inteeenza aiale è nulla, e cui mediante l Eq.5 i detemina il coeiciente di attito dinamico lubiicato w. Succeivamente, dalla coia inale di eaggio MU i uò deteminae l inteeenza aiale che è tata imea doo il Beak Point, utilizzando di nuovo l Eq.5 e conocendo il coeiciente di attito dinamico lubiicato w tovato. Come accennato ecedentemente il idotto attito dinamico emette di geneae elevate inteeenze aiali anche con coie di eaggio elativamente bae. abella 5: Pove toionali u conneioni aemblate a eddo. tet c BP w MU [ mm ] [ mm ] [ kn m ] [ kn m ] [ mm ] [ kn m ] > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > > 90.0 > 0.

9 Doo la ae di cuing del comoto (alcune oe) tutte le conneioni ono tate ovate a vitamento. l limite dell attezzatua di 90 kn m, non ha emeo di deteminae l eettiva eitenza toionale della conneione, in quanto non è iucita l oeazione di vitamento, e la maggio ate delle conneioni tetate. uttavia è bene icodae che il limite toionale della ate tubolae di alluminio è = 76.5 kn m, e cui è evidente che l aemblaggio a eddo oddia la condizione di eitenza toionale della conneione maggioe di quella dell elemento tubolae, a dieenza dell aemblaggio a caldo. Avendo a dioizione un numeo conitente di camioni, è tato oibile calcolae il valoe medio del coeiciente di attito dinamico lubiicato w, ai a 0.5, e la deviazione tandad ai a 0.06, oia il 40% del valoe medio. Una ote dieione di w uò eee giutiicata dalla non uniome deoizione del comoto ulle ueici di contatto. l coeiciente di attito tatico, è tato ottenuto dall Eq. conocendo ia i valoi di inteeenza c,,, ia la eitenza toionale. n quete ove non è attito ecco a i due metalli, ma è invece a metallo e comoto olidiicato. Ovviamente e tutte le ove e le quali non tata ueata la eitenza allo vitamento il coeiciente di attito tatico non è tato miuato ma è tato tovato un valoe di cui è neceaiamente maggioe. È inteeante notae che in alcuni cai uò ueae abbondantemente 0.3 oia il valoe di attito ecco a i due metalli, ecedentemente tovato dalle ove di aemblaggio a caldo, ab.4. Come detto in ecedenza, la maggioe eitenza toionale ottenuta con l aemblaggio a eddo è motivata dalla oibilità di imimee un elevata inteeenza aiale, a dieenza dell aemblaggio a caldo. n Fig.4 i mota la maggioe eione di contatto lungo il ianco del iletto nel cao di aemblaggio a eddo, geneata aunto dall elevata inteeenza aiale., i [MPa] , i [MPa] BP MU (a) (b) Figua 4: Peioni ul ianco del iletto: (a) aemblaggio a caldo, (b) aemblaggio a eddo. 4. CONCLUSON Nel eente lavoo è tata invetigata la eitenza toionale di conneioni tubolai acciaioalluminio utilizzate nell ambito della eoazione etoliea. Data la modeta inluenza delle non-lineaità, la elazione a momento di attito e inteeenze di contatto è lineae, con buona aoimazione. coeicienti di tale elazione ono tati deteminati mediante un modello agli elementi initi iano aialimmetico. Due tecniche di aemblaggio vengono conontate: aemblaggio a caldo e a eddo. La tecnica di aemblaggio a caldo ollecita temicamente la tuttua della lega di alluminio, inolte, utta oltanto le inteeenze diametali e olo maginalmente l inteeenza aiale. La tecnica di aemblaggio a eddo utta l inteeenza diametale e anche l inteeenza aiale. Le ove eimentali hanno conemato una maggioe eitenza toionale delle conneioni aemblate a eddo.

10 L aemblaggio a eddo ichiede tuttavia l utilizzo di un ootuno comoto che volge una dulice unzione, inizialmente liquido i comota da lubiicante avoendo il eaggio della conneione (il coeiciente di attito dinamico lubiicato cende a 0.5), ucceivamente alla ae di cuing iitina un coeiciente di attito tatico addiittua maggioe di quello di contatto ecco a i due metalli, ai a 0.3. BBLOGRAFA [] H. Rabia. Oil Well Dilling Engineeing: incile and actice, Gaham and otman, 985. [2] O. Vaibeg, O. Vincké, G. Pein, J.P. Sada, J.B. Faÿ. Fatigue o dillting: State o at, Oil and Ga Science and echnoogy, 57 (), 7 37, [3] AP Sec. 7. Seciication o Rotay Dill Stem Element, Ameican Petoleum ntitute, Fotieth edition, Mach [4] AP RP 7G. Recommended Pactice o Dill Stem Deign and Oeating Limit, Ameican Petoleum ntitute, Sixteenth edition, Augut 998. [5] J.E. Smith, R.W. Schutz, E.. Bailey. Develoment o titanium Dill Pie o Shot Radiu Dilling, ADC/SPE Dilling Coneence (New Olean), Febuay Pae n [6] R.W. Schutz, H.B. Watkin. Recent develoment in titanium alloy alication in the enegy induty, Mateial Science and Engineeing A, 243, , 998. [7] M.Y. Gelgat, V.S. Baovich, V.S. ikhonov. Dillting with aluminum alloy ie deign and actice, ADC/SPE Dilling Coneence (Amtedam), Febuay [8] M.Y. Gelgat, V.S. Baovich, A. Adelman. Aluminum alloy tubula o the oil and ga induty, Wold oil, 227 (7), 45 5, [9] MY. Gelgat, V.S. Baovich, A. Adelman. Aluminium alloy tubula ovide a viable otion o light ig, deee wate and longe well, echnical eot, AQUAC Comany, [0] P.D. Sano, A.M. Chevallie, N.P. Politi. Oil well dilling: A vibation eective, echnical eot, Rice Univeity, Peint o the Deatment o Mechanical Engineeing and Mateial Science, 200. [] A. aehi, W.D. Dove. Ste analyi o dillting theaded connection uing the inite element method. ntenational Jounal o Fatigue, 5, , 993. [2] S. Baagetti, A. Bayhnikov. Rotay Shouldeed head Connection: Woking Limit Unde Combined Static Loading, ASME Jounal o Mechanical Deign, 23(3), , 200. [3] S. Baagetti, A. eanova. Eect o Ove oque on Ste Relie in Conical headed Connection, ASME Jounal o Mechanical Deign, 26(2), , [4] H. Bahai. A aametic model o axial and bending te concentation acto in AP dillting theaded connecto. ntenational Jounal o Peue Veel and Piing, 78(7), , 200. [5] A. Chaaban, M. Juta. Static Analyi o Butte head Uing the Finite Element Method. ASME Jounal o Peue Veel echnology, 4(2), , 992. [6] K.A. Macdonald, W.F. Dean. Ste analyi o dillting theaded connection uing the inite element method. Engineeing Failue Analyi, 2(), 30, 995. [7] K.A. Macdonald. he eectivene o te elie eatue in autenitic dillcolla connection. Engineeing Failue Analyi, 3(4), , 996. [8] ANSYS, nc., ANSYS Element Reeence. [9] J.J. Chen, Y.S. Shih. A tudy o the helical eect on the thead connection by thee dimenional inite element analyi. Nuclea Engineeing and Deign, 9(2), 09 6, 999. [20] C. Santu. Fetting atigue o aluminum alloy in contact with teel in oil dill ie connection, modeling to inteet tet eult. ntenational Jounal o Fatigue, 30(4), , [2] L. Betini, M. Beghini, C. Santu, A. Bayhnikov. Reonant tet ig o atigue ull cale teting o oil dill ting connection. ntenational Jounal o Fatigue, 30 (6), , [22] SO Petoleum and natual ga indutie Aluminium alloy dill ie, Second edition, [23] SO DS Petoleum and natual ga indutie Deign and oeating limit o dill ting with aluminium alloy comonent, it edition, 2007.