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Disertación de Maestría
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-25082016-085120
Documento
Autor
Nombre completo
Rafael Salles
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2016
Director
Tribunal
Pesce, Celso Pupo (Presidente)
Mazzilli, Carlos Eduardo Nigro
Savi, Marcelo Amorim
Título en inglés
Experimental analysis of fluid-structure interaction phenomena on a vertical flexible cylinder: modal coeficients and parametric resonance.
Palabras clave en inglés
Flexible pipes
Fluid-structure interaction
Mathieu instability
Offshore structure
Riser
Resumen en inglés
Oil and gas exploitation in deep waters has become more than just a profit business to be a daily necessity, since the world energy matrix is based on fossil components. Risers are offshore structures that are intimately linked with oil and gas exploitation and those are subjected to a great variety of effects in field, e.g., marine currents, Vortex Induced Vibration (VIV), heave motion caused by gravitational waves, non-linear contact with the sea floor, and many others. Riser dynamics is essentially non-linear and experimental tests in real scale are almost impossible due to a great variety of control parameters acting concomitantly. Small-scale models are a better experimental approach. Nevertheless, there are many structural and hydrodynamical parameters to be evaluated. Considering only vertical risers in the present work, Galerkin's modal decomposition is used in order to reduce the dynamics of a vertical flexible cylinder to a few linear modes in which the majority of energy and information are contained. From the modal analysis, added mass and structural parameters damping of a vertical flexible cylinder using data obtained from free-decay tests performed both in water and in air are evaluated. Finally, a modal Mathieu-Hill oscillator with non-linear damping is constructed and, based on aStrutt diagram, modal stability under parametric resonance is discussed.
Título en portugués
Análise experimental de fenômeno de interação fluido-estrutura em um cilindro vertical flexível: coeficientes modais e ressonância paramétrica.
Palabras clave en portugués
Estrutura offshore
Instabilidade de Mathieu
Interação fluido-estrutura
Riser
Tubos flexíveis
Resumen en portugués
Exploração de óleo e gás em bacias de águas profundas tem-se tornado mais do que apenas uma economia lucrativa, para ser uma necessidade diária, já que a matriz energética mundial está baseada em componentes fósseis. Risers são estruturas offshore ligadas intimamente com a exploração de óleo e gás e essas estão sujeitas a uma grande variedade de efeitos na operação, e.g., correntes marítimas, Vibrações Induzidas por Vórtices (VIV), movimento de heave causado por ondas gravitacionais, contato não-linear com o solo marinho, entre outros. Dinâmica de risers é essencialmente não-linear e testes experimentais em escala real são praticamente impossíveis devido a uma enorme variedade de parâmetros de controle agindo concomitantemente. Modelos em escala reduzida são uma abordagem experimental mais conveniente. Não obstante, há muitos parâmetros estruturais e hidrodinâmicos a serem determinados. Considerando apenas risers verticais no trabalho presente, a decomposição modal de Galerkin é usada a fim de reduzir a dinâmica de um cilindro fléxivel vertical a alguns modos lineares em que a maior parte da energia e informação estão contidos. A partir da análise modal, parâmetros de massa adicional e amortecimento estrutural de um cilindro flexível vertical são obtidos usando testes de decaimento livre conduzidos na água e no ar. Finalmente, um oscilador modal de Mathieu-Hill com amortecimento não-linear é proposto e, baseado em um diagrama de Strutt, a estabilidade modal sob excitação de ressonânica paramétrica é discutida.
 
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Este documento es únicamente para usos privados enmarcados en actividades de investigación y docencia. No se autoriza su reproducción con finalidades de lucro. Esta reserva de derechos afecta tanto los datos del documento como a sus contenidos. En la utilización o cita de partes del documento es obligado indicar el nombre de la persona autora.
RafaelSallesCorr16.pdf (20.51 Mbytes)
Fecha de Publicación
2016-08-25
 
ADVERTENCIA: El material descrito abajo se refiere a los trabajos derivados de esta tesis o disertación. El contenido de estos documentos es responsabilidad del autor de la tesis o disertación.
  • Franzini, Guilherme R., et al. An Experimental Assessment of Rigidity Parameter of a Small-Scaled Riser Model. In PACAM2012, Port of Spain, 2012. Twelfth Pan American Congress of Applied Mechanics., 2012. Abstract.
  • Franzini, Guilherme R., et al. Experimental Analysis of a Vertical and Flexible Cylinder in Water: Response to Top Motion Excitation and Parametric Resonance. In OMAE2014, San Francisco, 2014. Proceedings of the ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering.NY : ASME, 2014.
  • Pereira, Felipe R., et al. Risers Model Tests: Scaling Methodology and Dynamic Similarity. In ISOPE2012, Rhodes, Greece, 2012. Proceedings of the Twenty-second (2012) International Offshore and Polar Engineering Conference., 2012.
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