[pt] Estruturas submarinas utilizadas nos sistemas de produção de óleo e
gás offshore são normalmente projetadas para permanecerem no leito marinho
por décadas. Para a grande maioria dessas estruturas a instalação é uma
etapa crítica que pode requerer recursos dispendiosos e significativos esforços
de engenharia. A descida de estruturas submarinas em regiões de ondas
marinhas é uma operação complexa, uma vez que envolve acelerações desses
corpos induzidas pelos movimentos das embarcações que, associados com os
deslocamentos da superfície do mar, podem levar a significativas cargas de
impacto nessas estruturas durante a entrada na água. O estágio inicial do
impacto durante a entrada na água tem sido tema de muita pesquisa no
último século, desde os trabalhos pioneiros de von Kármán e Wagner sobre
a hidrodinâmica do pouso de hidroaviões. O cenário do impacto da proa
de navios na superfície do mar também tem sido objeto de estudo, uma
vez que pode levar a danos localizados ou mesmo catastróficos ao casco.
Diferentes métodos numéricos têm sido aplicados para análise desse problema.
A principal contribuição desse trabalho é a utilização do método numérico
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) para estimar as cargas de slamming
em corpos rígidos durante a entrada na água considerando superfícies em
repouso e sob o efeito de ondas. Inicialmente é introduzida a fundamentação
teórica básica sobre o impacto hidrodinâmico, seguida da descrição do método
SPH. Aplicações do SPH para simular a entrada na água de corpos rígidos são
apresentadas considerando casos em queda livre e com velocidade constante
e os resultados são comparados com experimentos e simulações numéricas
obtidos na literatura. A presença de ondas regulares durante a entrada na
água com velocidade constante também é considerada. Os resultados numéricos
obtidos neste trabalho demonstram a viabilidade da abordagem proposta para
estimar as cargas de slamming em estruturas submarinas durante a entrada
na água. / [en] Subsea structures employed on offshore oil and gas production systems
are commonly designed to be laid on seafloor for decades. For most of these
structures the installation is a critical stage and may require costly resources
and significant engineering effort. Lowering subsea structures through the wave
zone is a complex operation as it involves accelerations of these bodies induced
by the vessel motion which, associated to the sea surface displacements, may
lead to significant impact loads on these structures during water entry. The
initial stage of impact during water entry has been a subject of many researches
over the past century since the pioneering work of von Kármán and Wagner
on the hydrodynamics of an alighting sea plane. The scenario of impact of the
forebody of a ship on the sea surface has also been subject of studies, as it
may cause localized and eventually catastrophic damage to the hull. Different
numerical methods have been applied to the analysis of this problem. The main
contribution of this work is the use of the Smoothed Particle Hydrodynamics
(SPH) method to estimate slamming loads on rigid bodies during water entry
considering both calm and wavy surfaces. A basic theoretical background on
hydrodynamic impact load is firstly introduced, followed by the description of
the SPH method. Applications of SPH to simulate water entry of rigid bodies
considering both free fall and constant velocity cases are presented and results
are compared with experiments and numerical simulations from the literature.
The presence of regular waves during constant velocity water entry is also
considered. The numerical results obtained here demonstrate the effectiveness
of the proposed approach to estimate slamming loads on subsea structures
during water entry.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:29340 |
| Date | 08 March 2017 |
| Creators | GUSTAVO GARCIA MOMM |
| Contributors | IVAN FABIO MOTA DE MENEZES, IVAN FABIO MOTA DE MENEZES |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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