Carregamentos transientes termo hidráulicos do tipo Steam Hammer são eventos comuns em sistemas de tubulações de vapor com grandes potenciais de catástrofes em plantas de geração de energia. Uma vez iniciado o evento, ondas de pressões são geradas com amplitudes, geralmente, de grande magnitude ocasionando altas pressões no sistema, ruídos, deformações, fadiga, com possibilidade de danos materiais e econômicos e em casos extremos fatalidades. Os procedimentos da indústria para análise deste tipo de sistema consistem realização de análises estáticas equivalentes ou análise de espectro de resposta com carregamentos caracterizados por meio de métodos analíticos baseados em hipóteses simplificadoras do fluido e fluxo. Neste trabalho é proposta a analise de sistema de tubulações por meio do método de integração numérica com superposição modal e carregamento caracterizado por método numérico com base no método das características. Comparações foram efetuadas entre os resultados obtidos pela metodologia proposta e os procedimentos da indústria, demonstrando que, dado ao alto grau de conservadorismo, os procedimentos da indústria acarretam em superdimensionamento de estruturas e tubulações ocasionando custos adicionais de projeto, sendo a otimização do projeto obtida aplicando-se a metodologia proposta no trabalho. / Steam Hammer is a common transient thermo hydraulic event in steam piping systems with potential to cause serious damages in power generation plants. It generates pressure waves, generally of great amplitude and magnitude, causing high pressures in the system, associated with noise, with possible material and economic damages and, in extreme case, even fatalities. Industry procedures for analysis of these events consists of performing equivalent static analysis, or response spectrum analysis, with transient loadings calculated by analytical methods based on assumptions of fluid and flow. This paper proposes a new methodology for the piping system analysis by the numerical integration method with modal superposition and transient loadings calculated by a numerical method based on the method of characteristics. Comparisons were made between the results obtained by the proposed methodology and the stablished industry procedures, confirming that, due to the high degree of conservatism, industry procedures can lead to additional cost to the design, with the optimization of the design being obtained by applying the methodology proposed in this paper.

Carregamentos transientes termo hidráulicos do tipo Steam Hammer são eventos comuns em sistemas de tubulações de vapor com grandes potenciais de catástrofes em plantas de geração de energia. Uma vez iniciado o evento, ondas de pressões são geradas com amplitudes, geralmente, de grande magnitude ocasionando altas pressões no sistema, ruídos, deformações, fadiga, com possibilidade de danos materiais e econômicos e em casos extremos fatalidades. Os procedimentos da indústria para análise deste tipo de sistema consistem realização de análises estáticas equivalentes ou análise de espectro de resposta com carregamentos caracterizados por meio de métodos analíticos baseados em hipóteses simplificadoras do fluido e fluxo. Neste trabalho é proposta a analise de sistema de tubulações por meio do método de integração numérica com superposição modal e carregamento caracterizado por método numérico com base no método das características. Comparações foram efetuadas entre os resultados obtidos pela metodologia proposta e os procedimentos da indústria, demonstrando que, dado ao alto grau de conservadorismo, os procedimentos da indústria acarretam em superdimensionamento de estruturas e tubulações ocasionando custos adicionais de projeto, sendo a otimização do projeto obtida aplicando-se a metodologia proposta no trabalho. / Steam Hammer is a common transient thermo hydraulic event in steam piping systems with potential to cause serious damages in power generation plants. It generates pressure waves, generally of great amplitude and magnitude, causing high pressures in the system, associated with noise, with possible material and economic damages and, in extreme case, even fatalities. Industry procedures for analysis of these events consists of performing equivalent static analysis, or response spectrum analysis, with transient loadings calculated by analytical methods based on assumptions of fluid and flow. This paper proposes a new methodology for the piping system analysis by the numerical integration method with modal superposition and transient loadings calculated by a numerical method based on the method of characteristics. Comparisons were made between the results obtained by the proposed methodology and the stablished industry procedures, confirming that, due to the high degree of conservatism, industry procedures can lead to additional cost to the design, with the optimization of the design being obtained by applying the methodology proposed in this paper.

[pt] A indústria de geração elétrica de fonte nuclear baseia-se em princípios de segurança e, nos critérios de projeto, considera-se a hipótese de terremoto. Os sistemas necessários à segurança são projetados para resistir e manter a operabilidade durante e após eventos sísmicos postulados. Propõe-se um roteiro para a produção de espectros de resposta sísmica para projeto de sistemas secundários, SS, incluindo a influência do acoplamento e em base probabilística. O roteiro utiliza a ferramenta SASSI, pode ser utilizado em situações gerais de cálculo e fornece um conjunto de programas para considerar modelos tridimensionais e suas respostas para uma excitação genérica em 3 direções ortogonais; representar os efeitos de acoplamento entre o SS e o sistema principal, SP; incluir a influência dos deslocamentos relativos entre os nós de apoio do sistema secundário no sistema principal; utilizar os fatores de transposição entre espectros elásticos e inelásticos; permitir a análise probabilística e a obtenção de Espectros de Resposta Uniformemente Prováveis, acoplados ou não; incluir interfaces para a utilização de seus resultados com outros programas de utilização geral, como o MS-EXCEL. O elevado grau de automatização permite a produção de espectros de resposta com refinamentos de modelagem, alcançando uma análise mais realista, sem a necessidade de esforços adicionais aos já requeridos pela metodologia convencional. A metodologia proposta enquadra-se no encaminhamento para o contexto atual de análise sísmica de instalações nucleares, com a utilização de espectros de resposta de projeto de ameaça uniforme, específico para o sítio da instalação, e o projeto sísmico de risco consistente. / [en] The electric power reactor industry is based on rigid safety principles. The design criteria include seismic scenario. All safety related systems are designed to resist and to keep the operability during and after a postulated earthquake. It is suggested a procedure for the generation of in-structure seismic response spectra for secondary system design. A probabilistic approach is used and coupling effects between primary and secondary systems are taken into account. The proposed script uses SASSI system and can be used in general situations. A set of computer programs is developed to consider three-dimensional models and their responses for a generic base excitation, acting in 3 orthogonal directions; represent the coupling effect between primary and secondary systems, include the influence, on the response spectra, of the secondary system supports relative displacements; include approximated factors for transposition of elastic into inelastic response spectra; produce Uniformly Probable Response Spectra, including or not coupling effects; consider interfaces with other general programs, as the MS-EXCEL, for pos-processing purpose. The degree of automation, allows the production of response spectra including modeling refinements, reaching a more realistic analysis, without additional efforts beyond those already required by the conventional methodology. The proposed methodology is in the way of a site specific uniform hazard design response spectra, and of a consistent-risk seismic design.

[pt] Apresenta-se uma avaliação numérica estatística de metodologia para obtenção de espectros de resposta uniformemente prováveis, ERUP, Diniz [2], fundamentada na determinação da distribuição de probabilidade dos valores extremos da resposta de um sistema com um grau de liberdade, submetido a movimentos de terreno oriundos de terremotos. Tais movimentos são caracterizados por funções de densidade de espectro de potência, cada uma das quais representando uma família de sismos. Para tal, utiliza-se uma função densidade de espectro de potência, FDEP, como base à avaliação. A partir da FDEP, são gerados acelerogramas artificiais utilizando o programa SISMOSINV, desenvolvido internamente ao trabalho. Empregam-se estes acelerogramas para obterem-se espectros de resposta, utilizando o programa SAP2000. Os ERUP são então calculados, utilizando as distribuições de probabilidade acumulada dos valores espectrais obtidas por técnicas adequadas de estatística, implementadas especialmente para o caso. Efetua-se a comparação entre os ERUP obtidos estatisticamente e os produzidos pela metodologia probabilística e são formuladas conclusões e recomendações sobre os limites de emprego desta última. Comparam-se, ainda, os ERUP obtidos pelo procedimento estatístico com o espectro de resposta de projeto recomendado pela USNRC [13] para avaliar o compromisso entre estes espectro e a FDEPo da USNRC [1]. / [en] One presents a statistic evaluation of Diniz metodology [2], to obtain uniformly probable response espectra, UPRS, based on the determination of the probability distribuition of the response extreme values of a single- degree of freedom structure, under a ground movement caused by an earthquake. Such movements are characterized by power spectrum density functions, each one of them representing a family of seismic events. On this way, one considers a power spectral density function, PSD, as a basis for the evaluation. Using the PSD, one generates artificial ground acceleration functions with the program SISMOSINV, developed within this work. From these artificial ground acceleration functions one obtains the response spectra with the SAP2000 program. Then, the UPRS are calculated, using the spectral value distributions, by adequate statistical techniques, implemented for the case. One then compares the UPRS obtained statiscally with those obtained by the probabilistic methodology and conclusions and recommendations are formulated concerning the applicability limits of this methodology One still compares the statiscally obtained UPRS with the design response spectrum prescribed by the USNRC [13] to evaluate the compromise between this spectrum and the target power spectral density function, TPSD, prescribed by the USNRC [1].

O objetivo deste trabalho é verificar a aplicação do Dynamic Design Analysis Method DDAM na análise de estruturas submetidas a carregamentos de choque. Esse método foi desenvolvido pela Marinha Norte Americana e se propõe a estimar esforços inercias provenientes das respostas de equipamentos de bordo, sejam de navios ou submarinos, a cargas impulsivas, mais precisamente, ondas de choque submarinas. Para a compreensão plena dessa metodologia, foi necessário um estudo sobre vibrações e espectros de resposta, tópicos teóricos que fundamentam esse procedimento. Devido à escassez de informações divulgadas por se tratar de conteúdo militar, foi realizado um estudo de caso para uma estrutura simples, uma viga engastada e seus resultados foram comparados com um prévio trabalho publicado. Com isso, foi possível a aplicação do DDAM em uma estrutura mais complexa como o vaso do reator nuclear do tipo PWR de um submarino, ainda que em um modelo simplificado desse equipamento. No entanto, os resultados mostraram a validade do uso do DDAM na análise estrutural dinâmica de equipamentos de uma maneira qualitativa. / The main purpose of this dissertation is to verify the use of the Dynamic Design Analysis Method DDAM in the study of structures subjected to shock loadings. This method was developed by the U.S. Navy and is intended to estimate inertial forces resultant from the response of shipboard equipment, from surface ships or submarines, due to impulsive loads or, more precisely, underwater pressure shock waves. To fully comprehend this method, it was necessary to acknowledge fundamentals of dynamics of structures like free vibrations, response spectrum analysis correlated topics. And due to lack of public information since it is a military technology, a case study of a cantilever beam was done with its results compared to a previous published paper. Then, the DDAM was applied to a more complex structure a PWR nuclear reactor vase simplified model, in order to show the effectiveness of the method in dynamic structural analysis.

O objetivo deste trabalho é verificar a aplicação do Dynamic Design Analysis Method DDAM na análise de estruturas submetidas a carregamentos de choque. Esse método foi desenvolvido pela Marinha Norte Americana e se propõe a estimar esforços inercias provenientes das respostas de equipamentos de bordo, sejam de navios ou submarinos, a cargas impulsivas, mais precisamente, ondas de choque submarinas. Para a compreensão plena dessa metodologia, foi necessário um estudo sobre vibrações e espectros de resposta, tópicos teóricos que fundamentam esse procedimento. Devido à escassez de informações divulgadas por se tratar de conteúdo militar, foi realizado um estudo de caso para uma estrutura simples, uma viga engastada e seus resultados foram comparados com um prévio trabalho publicado. Com isso, foi possível a aplicação do DDAM em uma estrutura mais complexa como o vaso do reator nuclear do tipo PWR de um submarino, ainda que em um modelo simplificado desse equipamento. No entanto, os resultados mostraram a validade do uso do DDAM na análise estrutural dinâmica de equipamentos de uma maneira qualitativa. / The main purpose of this dissertation is to verify the use of the Dynamic Design Analysis Method DDAM in the study of structures subjected to shock loadings. This method was developed by the U.S. Navy and is intended to estimate inertial forces resultant from the response of shipboard equipment, from surface ships or submarines, due to impulsive loads or, more precisely, underwater pressure shock waves. To fully comprehend this method, it was necessary to acknowledge fundamentals of dynamics of structures like free vibrations, response spectrum analysis correlated topics. And due to lack of public information since it is a military technology, a case study of a cantilever beam was done with its results compared to a previous published paper. Then, the DDAM was applied to a more complex structure a PWR nuclear reactor vase simplified model, in order to show the effectiveness of the method in dynamic structural analysis.