As vibrações induzidas pela emissão de vórtices (VIV) representam um problema de interação fluido-estrutura presente em diversas áreas da engenharia. Em particular, na engenharia oceânica, esse fenômeno é um tópico importante na análise de risers. Diante do seu impacto na vida útil das estruturas por questões de fadiga estrutural, a supressão desse fenômeno ressonante tem demandado diversos esforços de pesquisa. Uma maneira de reduzir as oscilações estruturais causadas pelo VIV é através do supressor passivo denominado absorvedor não linear de vibração (NVA). Esta pesquisa visa investigar numericamente a eficácia de uma classe de NVA na mitigação do VIV em cilindros rígidos montados em apoios elásticos com um e dois graus de liberdade. A força hidrodinâmica é considerada por meio de modelos fenomenológicos. As equações de movimento desenvolvidas são numericamente integradas com o intuito de analisar a influência dos parâmetros de massa, raio e amortecimento do supressor na resposta do cilindro. As curvas de amplitude de resposta como funções da velocidade reduzida representam a principal contribuição deste trabalho. De forma complementar, o comportamento do sistema ao longo da faixa de velocidades reduzidas característica do lock-in é explorado por meio das séries temporais do cilindro e do NVA. Para quantificar a eficiência do NVA, um critério de supressão baseado na amplitude de oscilação do cilindro é avaliado em função da velocidade reduzida e na forma de mapas de cores definidos em um espaço de parâmetros de controle para velocidades reduzidas específicas. Com base no estudo paramétrico feito, é possível verificar que o parâmetro de massa do NVA é o mais influente na supressão do VIV. Em geral, a supressão é maior no sistema em que o cilindro oscila apenas na direção transversal ao escoamento. Na condição em que o cilindro oscila nas duas direções do plano horizontal, constata-se que o NVA rotativo pode levar a uma amplificação da oscilação na direção do escoamento. / Vortex-induced vibrations (VIV) represent a fluid-structure interaction problem commonly found in several engineering areas. In the offshore engineering scenario, VIV plays an important role in risers dynamics. The suppression of this resonant phenomenon has required several efforts due to its impact on the reduction of the lifespan due to structural fatigue. Among other suppression solutions, it can be highlighted the use of non-linear vibration absorbers (NVAs). This research aims at numerically investigating the effectiveness of a particular class of NVAs as a passive suppressor of rigid cylinders mounted on elastic supports with one or two degrees of freedom subjected to VIV. The wake dynamics is studied through phenomenological models. The equations of motion are obtained and numerically integrated focusing on the identification of the influence of the NVA parameters on the response of the cylinder. Oscillation amplitude curves as functions of the reduced velocity are the main contribution of this work. Complementarily, response time series allow discussing the dynamics of the coupled system throughout the lock-in range of reduced velocities. In order to quantify the efficiency of the NVA, a suppression criterion based on the oscillation amplitude of the cylinder is evaluated as a function of reduced velocities and in the form of color maps defined in a space of control parameters for specific reduced speeds. The parametric study herein described shows that the mass of the suppressor has more influence on the VIV suppression than the other parameters for both 1-dof VIV (only cross-wise oscillations are allowed) and 2-dof VIV (concomitant in-line and cross-wise oscillations). In general, the suppression has proved to be greater in the 1-dof VIV condition. In 2-dof VIV, the rotative NVA may cause amplification of the in-line response.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-30082019-082246 |
| Date | 24 May 2019 |
| Creators | Ueno, Tatiana |
| Contributors | Franzini, Guilherme Rosa |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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