O presente trabalho propõe um novo modelo hidrodinâmico para avaliação das forças oriundas da ação de correnteza marítima uniforme sobre o casco de navios petroleiros amarrados. A modelagem é válida para qualquer ângulo de incidência de correnteza e sua aplicação é voltada, especialmente, ao estudo dinâmico de sistemas FPSO (Floating Production Storage and Offloading systems), muito embora seu campo de aplicação possa facilmente ser estendido a problemas correlatos em engenharia naval. O modelo ora apresentado depende basicamente das dimensões principais do casco, necessitando de um conjunto bastante pequeno de parâmetros a serem determinados experimentalmente. Essa natureza quase-explícita da modelagem constitui sua principal vantagem face aos demais modelos usualmente empregados, e a mesma advém exatamente do contexto mais restrito para o qual foi formulado. O modelo heurístico estendido foi elaborado com base em um modelo estático previamente desenvolvido por Leite et al. (1998). Foram incorporados os efeitos provenientes do movimento de rotação do casco, tornando o modelo aplicável ao caso geral de movimentos do navio no plano horizontal. A determinação destes efeitos foi fundamentada em uma abordagem heurística, combinando-se estimativas semi-empíricas para as forças decorrentes de diferentes padrões de escoamento fluido no entorno do casco, padrões estes associados a faixas de ângulos de incidência distintas. As estimativas de força e momento em movimento combinado de translação e rotação do casco foram validadas a partir de resultados experimentais obtidos em ensaios de yaw-rotating, conduzidos com modelos de diferentes navios petroleiros, em duas condições de carregamento distintas. ) Posteriormente, a verificação experimental foi ampliada, analisando-se a adequação do modelo hidrodinâmico ao estudo de instabilidade dinâmica de navios atracados por intermédio de um cabo de amarração (hawser), fenômeno conhecido em engenharia naval como fishtailing. Em paralelo ao desenvolvimento do modelo hidrodinâmico e sua validação experimental, objetivos primeiros deste trabalho, procede-se a uma revisão crítica das diferentes abordagens teóricas comumente empregadas, baseada nos principais aspectos hidrodinâmicos envolvidos em aplicações práticas de navios amarrados em sistemas offshore. Assim, face à complexidade do problema em questão e dada a profusão de modelos teóricos existentes na literatura, mais do que a defesa de um ou outro método de análise, procura-se fornecer um orientação consistente para que o projetista de sistemas oceânicos possa escolher, com maior confiança, a abordagem mais apropriada para a aplicação em questão, ciente de suas vantagens e eventuais limitações. / A new hydrodynamic model for the analysis of current forces acting on moored tanker ships is proposed. The theoretical model is valid for any angle of attack of the current and is intended, primarily, for the analysis of FPSO (Floating Production Storage and Offloading) systems, although its application may be easily extended to other correlated problems in ocean engineering. The model depends basically on the ship main dimensions and requires few external parameters to be derived. This quasi-explicit nature certainly constitutes the model main advantage and it was only possible due to the more restricted context it was derived for. The extended heuristic model, as it is called, was based on a previous static version presented by Leite et al. (1998). The hydrodynamic effects arising from the ship yaw motion were now incorporated, making the model able to cope with the problem of combined drift-yaw motions. Yaw velocity influence was determined by means of a heuristic combination of semi-empirical formulations of force and moment components, resultant from distinct fluid flow patterns, each one related to a different range of angles of attack. Force predictions were validated through confrontation with yaw-rotating experimental results, obtained for different tanker models in distinct loading conditions. It was also verified experimentally that the model is capable of predicting the hydrodynamic forces involved in the unstable dynamic behavior of asingle-point moored tanker, when subjected to a steady ocean current, known as fisthailing phenomenon. A critical revision of the different theoretical models at hand represents a supplementary purpose of this work. This revision was performed based on the main hydrodynamic aspects involved in common offshore applications of moored tanker ships. ) Therefore, instead of a passionate defense of any particular theoretical procedure, the work aims to provide a consistent orientation in order to help the offshore system designer to choose, between the various hydrodynamic models, the one that is more suitable for the analysis of a specific project, confident on its advantages and aware of its eventual limitations.

O presente trabalho propõe um novo modelo hidrodinâmico para avaliação das forças oriundas da ação de correnteza marítima uniforme sobre o casco de navios petroleiros amarrados. A modelagem é válida para qualquer ângulo de incidência de correnteza e sua aplicação é voltada, especialmente, ao estudo dinâmico de sistemas FPSO (Floating Production Storage and Offloading systems), muito embora seu campo de aplicação possa facilmente ser estendido a problemas correlatos em engenharia naval. O modelo ora apresentado depende basicamente das dimensões principais do casco, necessitando de um conjunto bastante pequeno de parâmetros a serem determinados experimentalmente. Essa natureza quase-explícita da modelagem constitui sua principal vantagem face aos demais modelos usualmente empregados, e a mesma advém exatamente do contexto mais restrito para o qual foi formulado. O modelo heurístico estendido foi elaborado com base em um modelo estático previamente desenvolvido por Leite et al. (1998). Foram incorporados os efeitos provenientes do movimento de rotação do casco, tornando o modelo aplicável ao caso geral de movimentos do navio no plano horizontal. A determinação destes efeitos foi fundamentada em uma abordagem heurística, combinando-se estimativas semi-empíricas para as forças decorrentes de diferentes padrões de escoamento fluido no entorno do casco, padrões estes associados a faixas de ângulos de incidência distintas. As estimativas de força e momento em movimento combinado de translação e rotação do casco foram validadas a partir de resultados experimentais obtidos em ensaios de yaw-rotating, conduzidos com modelos de diferentes navios petroleiros, em duas condições de carregamento distintas. ) Posteriormente, a verificação experimental foi ampliada, analisando-se a adequação do modelo hidrodinâmico ao estudo de instabilidade dinâmica de navios atracados por intermédio de um cabo de amarração (hawser), fenômeno conhecido em engenharia naval como fishtailing. Em paralelo ao desenvolvimento do modelo hidrodinâmico e sua validação experimental, objetivos primeiros deste trabalho, procede-se a uma revisão crítica das diferentes abordagens teóricas comumente empregadas, baseada nos principais aspectos hidrodinâmicos envolvidos em aplicações práticas de navios amarrados em sistemas offshore. Assim, face à complexidade do problema em questão e dada a profusão de modelos teóricos existentes na literatura, mais do que a defesa de um ou outro método de análise, procura-se fornecer um orientação consistente para que o projetista de sistemas oceânicos possa escolher, com maior confiança, a abordagem mais apropriada para a aplicação em questão, ciente de suas vantagens e eventuais limitações. / A new hydrodynamic model for the analysis of current forces acting on moored tanker ships is proposed. The theoretical model is valid for any angle of attack of the current and is intended, primarily, for the analysis of FPSO (Floating Production Storage and Offloading) systems, although its application may be easily extended to other correlated problems in ocean engineering. The model depends basically on the ship main dimensions and requires few external parameters to be derived. This quasi-explicit nature certainly constitutes the model main advantage and it was only possible due to the more restricted context it was derived for. The extended heuristic model, as it is called, was based on a previous static version presented by Leite et al. (1998). The hydrodynamic effects arising from the ship yaw motion were now incorporated, making the model able to cope with the problem of combined drift-yaw motions. Yaw velocity influence was determined by means of a heuristic combination of semi-empirical formulations of force and moment components, resultant from distinct fluid flow patterns, each one related to a different range of angles of attack. Force predictions were validated through confrontation with yaw-rotating experimental results, obtained for different tanker models in distinct loading conditions. It was also verified experimentally that the model is capable of predicting the hydrodynamic forces involved in the unstable dynamic behavior of asingle-point moored tanker, when subjected to a steady ocean current, known as fisthailing phenomenon. A critical revision of the different theoretical models at hand represents a supplementary purpose of this work. This revision was performed based on the main hydrodynamic aspects involved in common offshore applications of moored tanker ships. ) Therefore, instead of a passionate defense of any particular theoretical procedure, the work aims to provide a consistent orientation in order to help the offshore system designer to choose, between the various hydrodynamic models, the one that is more suitable for the analysis of a specific project, confident on its advantages and aware of its eventual limitations.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2017-09-04T18:41:46Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Igor Cézar Silva Braga - 2017.pdf: 70087425 bytes, checksum: ae19e7f77dfd72abcaac00b9fa6bfbe1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-09-15T14:10:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Igor Cézar Silva Braga - 2017.pdf: 70087425 bytes, checksum: ae19e7f77dfd72abcaac00b9fa6bfbe1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T14:10:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Igor Cézar Silva Braga - 2017.pdf: 70087425 bytes, checksum: ae19e7f77dfd72abcaac00b9fa6bfbe1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-06-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Arches are structural elements of curvilinear form transmitting normal efforts of simple compression and with wide applicability in civil engineering, being used in bridges, domes, soccer stadiums and so on. Therefore, studies that involve physical and geometric parameters to analyze the behavior of arches are necessary. This work aims to study the static and dynamic instability of tri-articulated discrete arcs, with axial and rotational rigidities the supports and under the action of a time dependent load. The arche is evaluated is a discrete and continuous system. The discrete system consists of three degrees of freedom that describe the vertical displacement and two horizontal displacements; the continuous system composed of two degrees of freedom, with an axial displacement and another in the direction radial. For the discrete system a parametric analysis was performed by varying the axial stiffness and rotational rigidities in the supports, besides the height of the arch, considering first the post-critical path study, with the influence of the parametric variation in the obtained results and the effect of the symmetry breaking in the instability by point limit or snap through, with the appearance of dynamic jumps. The natural frequency analysis is a function of the height/span ratio and the rigidities in the boundary conditions of the structures. The dynamic analysis was initiated through the instability boundaries, where it is observed how the displacements were established according to the parameters adopted, the obtained answers were proved by time responses, bifurcation diagrams and attraction basins, noting the influence of these factors in the dynamic behavior of the discrete arch. The analysis of the continuous system was established in the variation of the modified slenderness of the flexibility in the supports, observing the interference of the parameters in the post-critical path in general and in the load of the axial compression. With the asymmetry in the flexibility of the supports, the loops coming from the dynamic jumps arise. / Arcos são elementos estruturais de forma curvilínea com função de transmitir esforços normais de compressão simples e com ampla aplicabilidade na engenharia civil, pois têm o artificio estrutural de vencer grandes vãos, sendo usados em pontes, cúpulas, estádios de futebol e etc. Portanto, estudos que envolvam parâmetros físicos e geométricos para análise do comportamento de arcos se fazem necessários. Este trabalho tem como objetivo o estudo da instabilidade estática e dinâmica de arcos discretos tri-articulados, com rigidezes axiais e rigidezes rotacionais nos apoios e sob a ação de uma carga dependente do tempo. O arco é avaliado nos sistemas discreto e contínuo, sendo que o sistema discreto é composto por três graus de liberdade que descrevem um deslocamento vertical e dois deslocamentos horizontais e o sistema contínuo composto por dois graus de liberdade, sendo um deslocamento axial e outro na direção radial. Para o sistema discreto foi feita uma análise paramétrica variando a rigidez axial e as rigidezes rotacionais nos apoios, além da altura do arco, considerando primeiramente o estudo do caminho pós-críticos, com a influência da variação paramétrica nos resultados obtidos e do efeito da quebra de simetria na instabilidade por ponto limite ou snap through, com o aparecimento de saltos dinâmicos. A análise da frequência natural é em função da razão altura/vão e das rigidezes nas condições de contorno das estruturas. A análise dinâmica foi iniciada através das fronteiras de instabilidade, onde se observa como os deslocamentos se estabeleciam de acordo com os parâmetros adotados, as respostas obtidas foram comprovadas por respostas no tempo, diagramas de bifurcação e bacias de atração, constatando a influencia desses fatores no comportamento dinâmico do arco discreto. A análise do sistema contínuo se estabeleceu na variação das esbeltezes modificadas. da flexibilidade nos apoiosobservando a interferência dos parâmetros no caminho pós-crítico de forma geral e na carga de compressão axial. Com a assimetria na flexibilidade dos apoios ocasiona-se o surgimento dos loops vindos dos saltos dinâmicos.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2015-03-27T12:06:51Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Escher Martins - 2014.pdf: 13588446 bytes, checksum: 9cceb42b5d24095bc392dc37f17c9386 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-03-27T15:28:00Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Escher Martins - 2014.pdf: 13588446 bytes, checksum: 9cceb42b5d24095bc392dc37f17c9386 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-27T15:28:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Escher Martins - 2014.pdf: 13588446 bytes, checksum: 9cceb42b5d24095bc392dc37f17c9386 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-06-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Over the years, fiber-reinforced composite laminated shells have been widely used as structural components in several engineering areas and industrial applications. These structures can been subjected to extreme working conditions, either by a fluid structure interaction or even by both dynamic external load and thermal load that provides additional compressive stresses acting along the shell. In the present work, the nonlinear dynamic behavior and stability of fluid-filled laminated cylindrical shells under both thermal and lateral loads is investigated. To model the shell the nonlinear Amabili-Reddy Higher-Order Shear Deformation Theory is applied, the hydrodynamic pressure of the fluid is model by the potential flow theory and a linear temperature distribution is proposed along the thickness of the shells. Classical shells theories, which neglect shear deformation and rotary inertia, give inaccurate analysis results for moderately thick laminated shells. Due to this limitation, higher-order shear deformation theories can represent better the kinematics behavior and can yield more accurate interlaminar stress.To discretize the shell a 23 d.o.f. displacement field is used containing the axial, circumferential, lateral displacements, rotations as well as the coefficients to consider the shear effect. The Ritz method is applied in order to obtain a set of nonlinear ordinary differential equations of motions, which are in turn solved by the Runge-Kutta method. The obtained resonance curves and bifurcation diagrams show the great influence of both laminated material and the temperature on the nonlinear behavior of the shells. / Ao longo dos anos cascas cilíndricas laminadas reforçadas com fibras têm sido amplamente utilizadas como componentes estruturais em diversas áreas da engenharia e aplicações industriais. Durante sua vida operacional, essas estruturas são constantemente submetidas às extremas condições de trabalho, seja em função da interação fluido- estrutura, cargas externas dinâmicas ou mesmo por cargas térmicas que produzem tensões adicionais de compressão sobre a superfície da casca. Neste trabalho será investigado o comportamento dinâmico não linear de cascas cilíndricas laminadas com a presença de um meio fluido em repouso no interior da casca, além de se estudar a influência de esforços laterais dinâmicos solicitantes, juntamente com a variações de temperatura. A teoria de Amabili-Reddy de deformação por cisalhamento de ordem superior é utilizada para modelar o comportamento mecânico dos esforços e deformações da casca, garantindo assim, uma melhor distribuição das tensões interlaminares, ou seja, ao longo de sua direção radial. A análise é realizada para cascas simplesmente apoiadas, em que são consideradas três expansões de deslocamento, respectivamente nas direções longitudinal, circunferencial e radial, além de duas expansões para as rotações da linha neutra nos planos xz z, discretizando o problema em 23 graus de liberdade. O método de Ritz é aplicado para a obtenção do sistema de equações de movimento não linear (EDO), além do método de Runge-Kutta de 4º Ordem e o método de Força Bruta que são utilizados para se investigar o comportamento dinâmico das análises em questão.