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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2004.tde-11122023-153738
Document
Auteur
Nom complet
Leonardo Casetta
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2004
Directeur
Jury
Pesce, Celso Pupo (Président)
Ragazzo, Clodoaldo Grotta
Simos, Alexandre Nicolaos
Titre en portugais
Investigações teóricas sobre o problema de impacto hidrodinâmico.
Mots-clés en portugais
Estruturas marítimas
Interação fluido-estrutura
Segurança estrutural
Resumé en portugais
A força hidrodinâmica vertical de impacto, que surge na penetração de um corpo em um fluido, pode ser de magnitude suficiente para provocar danos estruturais nesse. É então importante predizer o comportamento dessa força em função de parâmetros como a dimensão, massa e velocidade do corpo, e densidade do fluido. A obtenção analítica da expressão para a força de impacto é um processo complexo, pois o desprendimento de jatos de fluido da região de contato dificulta a determinação da condição de contorno no corpo. A dificuldade do estabelecimento adequado das condições de contorno pode gerar resultados conflitantes. Um aparente paradoxo entre expressões para a força de impacto é analisado, e mostra-se que a energia cinética transportada pelos jatos não pode ser desprezada, como assim se faz com o fluxo de massa e de quantidade de movimento. Com o objetivo de se conhecer o comportamento da força de impacto em seu estágio inicial, utilizam-se as duas abordagens analíticas mais clássicas para sua obtenção, aplicando-as aos casos da penetração de um cilindro e de uma esfera. Para ambas geometrias, toma-se tanto a situação em que a velocidade de penetração é constante, como aquela em que é variável. As duas abordagens estão fundamentadas em uma formulação matemática simplificada, que utiliza hipóteses como a de fluido ideal, escoamento irrotacional, corpo de impacto rígido e linearização das deflexões da superfície livre em torno de sua posição inicial. Comparam-se as expressões obtidas para a força de impacto com dados experimentais, elucidando-se suas principais diferenças. Mostra-se que enquanto o impacto do cilindro é de caráter estritamente impulsivo, o de uma esfera se dá de maneira contínua.
Titre en anglais
Untitled in english.
Mots-clés en anglais
Fluid-structure interaction
Marine structures
Structural safety
Resumé en anglais
The hydrodynamic vertical water entry force, that happens when a body entry the water, may be of such magnitude that serious structural damages can occur in the body. In this sense, it is important to predict the force behavior as a function of the problem parameters (dimension, mass and velocity of the body, and the fluid density). The obtainment of an analytic expression for this force is a very complex task, once the jet's flow from the contact region turns difficult the posedness of the body boundary condition. This difficult in the boundary conditions establishment process may even result in conflicting expressions. An apparent paradox between two impact force expressions is then reviewed. It is shown that the kinetic energy carried by the jets cannot be neglected, as it is done with their mass and momentum. In order to know the impact force behavior during its initial stage, two classic methods are then applied for the water entry of a cylinder and a sphere. For both geometries, the constant and the variable velocity cases are studied. The referred methods are based on a simplified mathematical formulation that makes simplifying assumptions like ideal fluid, irrotational flow and rigid body. The analytic expressions for the impact force are paralleled with experimental data, and their main differences are then elucidated. While the hydrodynamic impact of a cylinder is of a strictly impulsive nature, that of a sphere is not, once its impact forcegrowth is continuous and finite.
 
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LeonardoCasetta04.pdf (7.27 Mbytes)
Date de Publication
2023-12-11
 
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  • CASETTA, Leonardo, and PESCE, C. P. A Noticiable Question of the Water Entry Problem: the Split of Kinetic Energy during the Initial Stage. In 18th International Congress of Mechanical Engineering, Ouro Preto, 2005. COBEM 2005 18th International Congress of Mechanical Engineering., 2005.
  • CASETTA, Leonardo, e PESCE, C. P. Free Surface Impact: an Application of Wagner's Approach to Three-Dimensional Blunt Bodies. In 2nd International Workshop on Applied Offshore Hydrodynamics, Rio de Janeiro, 2005. 2nd International Workshop on Applied Offshore Hydrodynamics., 2005.
  • PESCE, C. P., CASETTA, Leonardo, and CRIVELARI, E. E. The Free Surface Hydrodynamic Impact Problem: A Brief Review on Asymptotic Solutions and Experiments with a Hemisphere. In COBEM2003, São Paulo, 2003. 17th International Congress of Mechanical Engineering.RJ : ABCM, 2003.
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