Estudo numérico da dinâmica de um conjunto de tubos ejetando fluido sob instabilidade paramétrica.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-18052021-170511/ |
Resumo: | Os risers são estruturas comumente empregadas na engenharia oceânica e que têm como uma de suas funções o transporte de fluidos. Essas estruturas estão sujeitas, dentre outros esforços a solicitações decorrentes de excitação paramétrica e do escoamento interno. No caso em estudo, a excitação paramétrica ocorre quando o termo de rigidez da equação demovimento varia de maneira explícita com o tempo. No caso dos risers, essa variação está associada à modulação da força normal decorrente do movimento da plataforma no plano vertical. O foco da pesquisa aqui descrita é analisar um modelo simplificado de um riser formado por um conjunto de dois tubos rígidos conectados por molas rotacionais e que ejeta fluido a partir da extremidade livre. Por sua vez, a excitação paramétrica é obtida pela aplicação de movimentos verticais harmônicos ao suporte. O estudo do problema combinado foi conduzido por meio da Teoria de Floquet para o problema linearizado, possibilitando a determinação das regiões de estabilidade e instabilidade da solução trivial do sistema não autônomo. O problema combinado estudado a partir das equações não lineares foi analisado por meio de mapas de amplitude de respostas pós-crítica construídos numericamente. Dentre outros resultados, mostra-se que a variação da velocidade do escoamento interno, frequência e amplitude do movimento imposto interferem de forma significativa nos diagramas de instabilidade e nos mapas de amplitude pós-crítica, os quais apresentam significativa erosão no plano de parâmetros estudado. |
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Estudo numérico da dinâmica de um conjunto de tubos ejetando fluido sob instabilidade paramétrica.Dynamics of an articulated chain of rigid pipes discharging fluid under concomitant support excitation.Dinâmica das estruturasDinâmica não linearEscoamentoFloquet TheoryInstabilidade paramétricaInternal-flow-induced vibrationNon linear dynamicsParametric instabilityTeoria de FloquetVibraçõesOs risers são estruturas comumente empregadas na engenharia oceânica e que têm como uma de suas funções o transporte de fluidos. Essas estruturas estão sujeitas, dentre outros esforços a solicitações decorrentes de excitação paramétrica e do escoamento interno. No caso em estudo, a excitação paramétrica ocorre quando o termo de rigidez da equação demovimento varia de maneira explícita com o tempo. No caso dos risers, essa variação está associada à modulação da força normal decorrente do movimento da plataforma no plano vertical. O foco da pesquisa aqui descrita é analisar um modelo simplificado de um riser formado por um conjunto de dois tubos rígidos conectados por molas rotacionais e que ejeta fluido a partir da extremidade livre. Por sua vez, a excitação paramétrica é obtida pela aplicação de movimentos verticais harmônicos ao suporte. O estudo do problema combinado foi conduzido por meio da Teoria de Floquet para o problema linearizado, possibilitando a determinação das regiões de estabilidade e instabilidade da solução trivial do sistema não autônomo. O problema combinado estudado a partir das equações não lineares foi analisado por meio de mapas de amplitude de respostas pós-crítica construídos numericamente. Dentre outros resultados, mostra-se que a variação da velocidade do escoamento interno, frequência e amplitude do movimento imposto interferem de forma significativa nos diagramas de instabilidade e nos mapas de amplitude pós-crítica, os quais apresentam significativa erosão no plano de parâmetros estudado.Risers are structures commonly found in the offshore engineering scenario. These structures are responsible, among other functions, for conveying fluid. Risers are subjected to several dynamic phenomena, particularly those related to parametric instability and to internal flow. In this study, parametric instability occurs when the stiffness parameter of the equation of motion explicitly depends on time. In the risers\' scenario, such a variation is associated with the normal forces modulation caused by the motions of the floating units on the vertical plane. The focus of this research is to analyze a simplified model of riser composed of two rigid pipes, connected by rotational springs and ejecting fluid from its free end. Parametric instability arises from vertical and harmonic motions applied to the support. Herein, the study of the linearized problem is carried out by means of the Floquet Theory. This approach allowed identifying, in the plane of parameters that govern the problem, stability and instability regions of the trivial solution. In addition to this linear analysis, maps showing the post-critical response as a function of some control parameters are obtained using the non-linear mathematical model. Among other findings, the present dissertation shows that the presence of internal flow significantly affects the stability of the trivial solution. Furthermore, the concomitant parametric excitation and internal flow effects led to maps of post-critical response with a marked erosion.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPFranzini, Guilherme RosaLourenço, Igor Mancilla2020-10-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-18052021-170511/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2021-05-18T23:21:03Zoai:teses.usp.br:tde-18052021-170511Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212021-05-18T23:21:03Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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