Um estudo sobre a modelagem dinâmica de cabos articulados a plataformas móveis

• Autor(a) principal: Campos, Jéssica Mafaldo de
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
• Texto Completo: http://repositorio.furg.br/handle/1/9141
• topic: Modelagem dinâmica; Formalismo discreto; Algoritmos genéricos; Estruturas flexíveis; Cabos subaquáticos; Dynamic modeling; Discrete formalism; Generic algorithms; Flexible structures; Underwater cables

Existem muitas aplicações de estruturas flexíveis do tipo cabo para o ambiente subaquático, principalmente correlatas à indústria de extração de petróleo. Cabos utilizados em veículos subaquáticos do tipo ROV (RemotelyOperatedVehicle), cabos de amarração de plataformas flutuantes, de ancoragem ou reboque de embarcações, risers, constituem alguns exemplos. Estas estruturas flexíveis podem vir a ter quilômetros de comprimento, nos casos da extração de petróleo em águas profundas. A crescente utilização de cabos em aplicações subaquáticas tem despertado o interesse da comunidade científica para o desenvolvimento de pesquisas sobre a modelagem dinâmica de tais estruturas. A presente dissertação insere-se também nesse contexto, ou seja, soma-se ao esforço de se tentar modelar dinamicamente uma estrutura flexível do tipo cabo, considerando-o acoplado a outras dinâmicas, como uma plataforma flutuante e uma carga terminal, com dinâmicas próprias. Isto significa que tanto a carga terminal quanto a plataforma flutuante interagem com o cabo em um complexo acoplamento dinâmico, objeto principal do presente estudo. A ideia básica da modelagem dinâmica é supor o cabo formado por pequenos elos rígidos conectados por articulações fictícias elásticas que permitem movimentos de elevação, azimute e torção, de forma que sua dinâmica se desenvolve no espaço, em três dimensões. Utiliza-se o clássico formalismo de Euler-Lagrange em coordenadas angulares. Foram desenvolvidos manualmente modelos considerando-se o cabo aproximado por um, dois, três e quatro elos. Os elementos dos vetores e matrizes do modelo crescem muito com o aumento do número de elos. Foram identificados os padrões desse crescimento, os quais possibilitaram o desenvolvimento de algoritmos genéricos que permitem a geração automática dos modelos, para qualquer número de elos que se deseje aproximar a flexibilidade contínua do cabo por sua equivalente discreta. Não se dispõe ainda de um suporte experimental para a validação da modelagem dinâmica proposta. Porém, pelo menos qualitativamente, resultados de simulações mostraram-se coerentes com o comportamento fisicamente esperado do cabo. Visualizações destes resultados a partir de um software que permite animação em três dimensões indicaram uma boa sensação de realidade física, em todos os casos escolhidos para testes do modelo.