Esta tese apresenta o desenvolvimento de um método de elementos de contorno (BEM) no domínio do tempo baseado em fontes de Rankine para analise linear de comportamento no mar de sistemas oceânicos. O método e formulado por dois problemas de valor inicial de contorno definidos para os potenciais de velocidade e aceleração, sendo este ultimo utilizado para calcular de maneira acurada a derivada temporal do potencial de velocidades. Testes de verificação são realizados para a solução dos problemas de difração, radiação e de corpo livre para flutuar. Uma vez verificada, a ferramenta e aplicada em dois problemas multicorpos considerados no estado-da-arte em termos de modelagem hidrodinâmica utilizando BEM. O primeiro trata do problema envolvendo duas embarcações atracadas a contrabordo. Este é um caso no qual os códigos baseados na teoria de escoamento potencial são conhecidos por apresentarem dificuldades na determinação das soluções, tendendo a superestimar as elevações de onda no vão entre as embarcações e a apresentar problemas de convergência numérica associados a efeitos ressonantes de onda. O problema e tratado por meio do método de damping lid e a convergência das series temporais e investigada avaliando diferentes níveis de amortecimento. Os resultados são comparados com dados experimentais. O segundo problema se refere a analise de sistemas multicorpos com grandes deslocamentos relativos. Neste problema, ferramentas no domínio da frequência nao podem ser utilizadas, por considerarem apenas malhas fixas. Deste modo, o presente método e estendido para considerar um gerador de malhas de paineis e um algoritmo de interpolação de ordem alta no laco de tempo do código, possibilitando a mudança de posições relativas entre os corpos durante a simulação. Os resultados são comparados com dados de experimentos executados especificamente para fins de verificação do código, apresentando uma boa concordância. De acordo com o conhecimento do autor, esta e a primeira vez que certas questões relativas a modelagem numérica destes dois problemas multicorpos são relatadas na literatura especializada em hidrodinâmica computacional. / The development of a time domain boundary elements method (BEM) based on Rankine\'s sources for linear seakeeping analysis of offshore systems is here addressed. The method is formulated by means of two Initial Boundary Value Problems defined for the velocity and acceleration potentials, the latter being used to ensure an accurate calculation of the time derivatives of the velocity potential. Verification tests for solving the difraction, radiation and free floating problems are presented. Once verified, the code is applied for two complex multi-body problems considered to be in the state-of-the-art for hydrodynamic modelling using BEM. The first is the seakeeping problem of two ships arranged in side-by-side, a problem in which all potential flow codes are known to have a poor performance, tending to provide unrealistic high wave elevations in the gap between the vessels and to present numerical convergence problems associated to resonant effects. The problem is here addressed by means of a damping lid method and the convergence of the time series with different damping levels is investigated. Results are compared to data measured in an experimental campaign. The second problem refers to the analysis of multi-body systems composed of bodies undergoing large relative displacements. This is a case that cannot be properly analyzed by frequency domain codes, since they only consider fixed meshes. For this application, the present numerical method is extended to consider a panel mesh generator in the time loop of the code, enabling the change of body relative positions during the computations. Furthermore, a higher order interpolation algorithm designed to recover the solutions of a previous time-step was also implemented, enabling the calculations to progress with reasonable accuracy in time. The numerical results are compared to data of experimental tests designed and executed for verification of the code, and presented a very good agreement. To the author\'s knowledge, this is the first time that certain issues concerning the numerical modelling of these two complex multi-body problems are reported in the literature specialized in hydrodynamic computations.

Esta tese apresenta o desenvolvimento de um método de elementos de contorno (BEM) no domínio do tempo baseado em fontes de Rankine para analise linear de comportamento no mar de sistemas oceânicos. O método e formulado por dois problemas de valor inicial de contorno definidos para os potenciais de velocidade e aceleração, sendo este ultimo utilizado para calcular de maneira acurada a derivada temporal do potencial de velocidades. Testes de verificação são realizados para a solução dos problemas de difração, radiação e de corpo livre para flutuar. Uma vez verificada, a ferramenta e aplicada em dois problemas multicorpos considerados no estado-da-arte em termos de modelagem hidrodinâmica utilizando BEM. O primeiro trata do problema envolvendo duas embarcações atracadas a contrabordo. Este é um caso no qual os códigos baseados na teoria de escoamento potencial são conhecidos por apresentarem dificuldades na determinação das soluções, tendendo a superestimar as elevações de onda no vão entre as embarcações e a apresentar problemas de convergência numérica associados a efeitos ressonantes de onda. O problema e tratado por meio do método de damping lid e a convergência das series temporais e investigada avaliando diferentes níveis de amortecimento. Os resultados são comparados com dados experimentais. O segundo problema se refere a analise de sistemas multicorpos com grandes deslocamentos relativos. Neste problema, ferramentas no domínio da frequência nao podem ser utilizadas, por considerarem apenas malhas fixas. Deste modo, o presente método e estendido para considerar um gerador de malhas de paineis e um algoritmo de interpolação de ordem alta no laco de tempo do código, possibilitando a mudança de posições relativas entre os corpos durante a simulação. Os resultados são comparados com dados de experimentos executados especificamente para fins de verificação do código, apresentando uma boa concordância. De acordo com o conhecimento do autor, esta e a primeira vez que certas questões relativas a modelagem numérica destes dois problemas multicorpos são relatadas na literatura especializada em hidrodinâmica computacional. / The development of a time domain boundary elements method (BEM) based on Rankine\'s sources for linear seakeeping analysis of offshore systems is here addressed. The method is formulated by means of two Initial Boundary Value Problems defined for the velocity and acceleration potentials, the latter being used to ensure an accurate calculation of the time derivatives of the velocity potential. Verification tests for solving the difraction, radiation and free floating problems are presented. Once verified, the code is applied for two complex multi-body problems considered to be in the state-of-the-art for hydrodynamic modelling using BEM. The first is the seakeeping problem of two ships arranged in side-by-side, a problem in which all potential flow codes are known to have a poor performance, tending to provide unrealistic high wave elevations in the gap between the vessels and to present numerical convergence problems associated to resonant effects. The problem is here addressed by means of a damping lid method and the convergence of the time series with different damping levels is investigated. Results are compared to data measured in an experimental campaign. The second problem refers to the analysis of multi-body systems composed of bodies undergoing large relative displacements. This is a case that cannot be properly analyzed by frequency domain codes, since they only consider fixed meshes. For this application, the present numerical method is extended to consider a panel mesh generator in the time loop of the code, enabling the change of body relative positions during the computations. Furthermore, a higher order interpolation algorithm designed to recover the solutions of a previous time-step was also implemented, enabling the calculations to progress with reasonable accuracy in time. The numerical results are compared to data of experimental tests designed and executed for verification of the code, and presented a very good agreement. To the author\'s knowledge, this is the first time that certain issues concerning the numerical modelling of these two complex multi-body problems are reported in the literature specialized in hydrodynamic computations.

O aumento na complexidade das operações de sistemas de produção de petróleo e gás no mar e um fato concreto. Atualmente, a necessidade de avaliar o comportamento no mar destes sistemas requer a compreensão de fenômenos, até então, pouco explorados e que tornam imprescindível uma investigação apoiada em experimentos com modelos reduzidos. Resultados obtidos em tanques de provas, por sua vez, requerem metodologias que contam com a experiência do pesquisador e que, em muitos casos, não são encontradas de maneira detalhada o suficiente na literatura. Ou seja, muitas destas metodologias normalmente são encontradas, no entanto, não em nível para que pesquisadores iniciantes desenvolvam atividades experimentais minimamente pertinentes as eventuais tomadas de decisão ou confrontação com outras linhas de abordagem como a analítica e/ou a numérica. Portanto, e exatamente neste contexto que se insere a presente dissertação de mestrado, buscando descrever em detalhes a teoria e prática envolvida nos procedimentos experimentais para o estudo de comportamento no mar típico de uma plataforma padrão, perfeitamente adaptáveis a outras geometrias mais complexas de sistemas navais e oceânicos. Esses procedimentos envolvem desde o planejamento dos ensaios necessários, passando pelos cuidados durante sua execução, culminando nos métodos de análise dos resultados e formas usuais de documentação. Para facilitar o processo de compreensão, além do próprio texto, este trabalho também contemplou a construção de uma ferramenta matemática dedicada a condução das atividades acima, destacando-se a avaliação e obtenção de parâmetros a partir de ensaios de decaimento e o levantamento expedito das curvas de resposta em ondas regulares, transientes e irregulares. / The increasing complexity of o shore system operations for oil and gas production is a reality. Currently, the need to evaluate the seakeeping of these systems requires understanding some phenomena not yet explored and, for that reason, researches using experiments with small scale models become indispensable. Results obtained in model basins require methodologies that rely on the researchers experience and, most of the time, they are not found detailed enough in the literature. When many of these methodologies are usually found, however, they are not ready for beginner researchers to develop experimental activities minimally relevant to any decision and/or confrontation with other lines, such as the analytical and/or numerical approaches. Therefore, the context of this dissertation describes in detail the theory and involved practice in an experimental procedure for the study of seakeeping of a standard platform, perfectly adaptable to other complex geometries and naval systems. These procedures involve the planning of the necessary tests, through the care during their execution, culminating in the methods of result analyses and usual forms of documentation. In order to facilitate the process of understanding, the construction of a dedicated mathematical tool to conduct the activities described above is provided, emphasizing the assessment and quick obtaining parameters from decay tests, curves response in regular and transient waves, among many others.

O aumento na complexidade das operações de sistemas de produção de petróleo e gás no mar e um fato concreto. Atualmente, a necessidade de avaliar o comportamento no mar destes sistemas requer a compreensão de fenômenos, até então, pouco explorados e que tornam imprescindível uma investigação apoiada em experimentos com modelos reduzidos. Resultados obtidos em tanques de provas, por sua vez, requerem metodologias que contam com a experiência do pesquisador e que, em muitos casos, não são encontradas de maneira detalhada o suficiente na literatura. Ou seja, muitas destas metodologias normalmente são encontradas, no entanto, não em nível para que pesquisadores iniciantes desenvolvam atividades experimentais minimamente pertinentes as eventuais tomadas de decisão ou confrontação com outras linhas de abordagem como a analítica e/ou a numérica. Portanto, e exatamente neste contexto que se insere a presente dissertação de mestrado, buscando descrever em detalhes a teoria e prática envolvida nos procedimentos experimentais para o estudo de comportamento no mar típico de uma plataforma padrão, perfeitamente adaptáveis a outras geometrias mais complexas de sistemas navais e oceânicos. Esses procedimentos envolvem desde o planejamento dos ensaios necessários, passando pelos cuidados durante sua execução, culminando nos métodos de análise dos resultados e formas usuais de documentação. Para facilitar o processo de compreensão, além do próprio texto, este trabalho também contemplou a construção de uma ferramenta matemática dedicada a condução das atividades acima, destacando-se a avaliação e obtenção de parâmetros a partir de ensaios de decaimento e o levantamento expedito das curvas de resposta em ondas regulares, transientes e irregulares. / The increasing complexity of o shore system operations for oil and gas production is a reality. Currently, the need to evaluate the seakeeping of these systems requires understanding some phenomena not yet explored and, for that reason, researches using experiments with small scale models become indispensable. Results obtained in model basins require methodologies that rely on the researchers experience and, most of the time, they are not found detailed enough in the literature. When many of these methodologies are usually found, however, they are not ready for beginner researchers to develop experimental activities minimally relevant to any decision and/or confrontation with other lines, such as the analytical and/or numerical approaches. Therefore, the context of this dissertation describes in detail the theory and involved practice in an experimental procedure for the study of seakeeping of a standard platform, perfectly adaptable to other complex geometries and naval systems. These procedures involve the planning of the necessary tests, through the care during their execution, culminating in the methods of result analyses and usual forms of documentation. In order to facilitate the process of understanding, the construction of a dedicated mathematical tool to conduct the activities described above is provided, emphasizing the assessment and quick obtaining parameters from decay tests, curves response in regular and transient waves, among many others.