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.

The purpose of this report is not only to improve the cage volume deformation problem during typhoon attack but also to perform the risk analysis for a single-point-mooring (SPM) net cage system when employed in the open sea. This SPM cage system has advantages over the traditional multi-mooring lines cage system, especially when the water depth is deeper than 50m, which may prohibit divers from checking the security of anchors as well as installing the mooring system at a precise position due to the difficulty in deploying anchors in the deep and restless ocean. But the SPM cage system has no such deploying problems, and yet offers some benefits such as: (1) having environmental eco-friendly feature, the uneaten feeds could spread in a vast area and thus reduce the intensity of pollution, (2) employing only one mooring line means saving a lot of construction cost, (3) a precise location is not required and thus relatively easier to be installed at any sites, and (4) easier to connect or remove cages from the mooring system. So far the SPM cage systems have become one of the most potential cage systems in the world. For example, Israel and Canada have individually developed their own SPM cage systems. This study also follows this trend and focuses on developing a new system which is suitable to Taiwan marine environment. The numerical model for cage motion equations are solved based on the lumped mass method which produces the maximum mooring line strength and the minimum of the volume deformation. As for the risk analysis for mooring line consists of two procedures: at first to form a loading probability density function, which is based on the recent data records forming significant wave probability density function and its corresponding mooring tension probability density function of rope through beta distribution technique; secondly to form a strength capacity probability density function, which is given by a rope manufacture company. Finally, the breaking risk of mooring lines is obtained by calculating the intersection area of loading and strength capacity probability density functions. The results show that the cage with a portal frame has good performance in general, especially when the sea states are rigorous. In other words, the frame-cage could maintain about 2 times net volume compared with the cage without a frame. However, the advantage of frame-cage is not obvious when the sea states are mild. Besides, the distance of frame ropes to the cage will also affect the net volume deformation, the trend shows that the net volume deformation increases with the decreasing of the distance of frame ropes. Finally assuming there are four typhoons per year attacking on the net cage system, the recommended replacing period of nylon mooring line (diameter 55 mm)is about 7 years, while for PET mooring line (diameter 50 mm)is about 13.4 years. The failure risk probability of nylon and PET mooring lines at the recommended replacing years are about 0.49 and 0.48~0.49 respectively. Therefore, we strongly recommend marine farmers to use PET ropes instead of nylon and have to replace those ropes before the failure occurs.

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.