Miguel Alfonso Calderón Ibarra
Título
FATIGUE ANALYSIS OF MOORING LINES CONSIDERING WIND-SEA AND SWELL WAVES USING THE UNIVARIATE DIMENSION-REDUCTION METHOD
Resumo
Este trabalho investiga o Método da Redução de Dimensão Univariada (UDRM) como uma abordagem numérica eficiente para reduzir o número de simulações estocásticas de curto prazo necessárias para resolver a integral multi-dimensional (de quarta ordem) para avaliar o dano por fadiga de longo prazo considerando a incidência simultânea de ondas de mar local e de swell. O UDRM envolve a avaliação de quatro integrais unidimensionais, que é substancialmente mais simples e mais eficiente do que realizar uma integração em quatro dimensões.
Para avaliar o desempenho e acurácia dessa metodologia, são apresentados dois estudos de caso envolvendo as linhas dos sistemas de ancoragem de duas unidades flutuantes de produção de petróleo do tipo FPSOs (uma spread-moored e outra turret-moored), ambas instaladas na mesma região Norte da Bacia de Campos (no alto-mar do Brasil) numa lâmina d'água de aproximadamente 1,800 metros (~6,000 pés). Os danos por fadiga de longo prazo das linhas de ancoragem são calculados individualmente pelo UDRM e os resultados são comparados com aqueles obtidos por dois métodos tradicionais: o Método da Força Bruta (baseado nas condições de curto prazo contidas num banco de dados de observações históricas) e a Simulação Monte Carlo (utilizando condições de curto prazo geradas seguindo as mesmas hipóteses adotadas pelo UDRM).
Mostra-se que os resultados de dano por fadiga de longo prazo obtidos pelo UDRM, empregando uma quantidade de análises numéricas de curto prazo em torno de 1% do total requerido pelo Método da Força Bruta, são bastante satisfatórios, i.e., com diferenças máximas menores de 10% no primeiro estudo de caso e menores de 25% no segundo. Quando comparados com a Simulação Monte Carlo, os resultados do UDRM apresentam diferenças máximas inferiores a 5% e 15%, respectivamente em cada caso.
Abstract
This work investigates the Univariate Dimension-Reduction Method (UDRM) as an efficient numerical approach to reduce the number of short-term stochastic simulations required to solve the (fourth order) multi-dimensional integral for the long-term fatigue damage considering the simultaneous incidence of wind-sea and swell waves. UDRM entails evaluating four one-dimensional integrals, which is substantially simpler and more efficient than performing one four-dimensional integration.
To evaluate the performance and accuracy of this methodology, two case studies are presented involving mooring lines from the anchoring systems of two FPSO-type oil production floating units (one spread-moored and another turret-moored), both located in the same region of the Northern Campos Basin (Offshore Brazil) at approximately 1,800 meters (~6,000 feet) water depth. Long-term fatigue damages of the mooring lines are individually calculated by UDRM and the results are compared to those obtained by two traditional methods: Brute Force Method (based on short-term conditions contained within a database of historical observations) and Monte Carlo Simulation (using generated short-term conditions following the same assumptions adopted by UDRM).
It is shown that long-term fatigue damage results by UDRM, employing an amount of short-term numerical simulations of around 1% of the total required by the Brute Force Method, are very suitable, i.e., with maximum differences lower than 10% in the first case study and lower than 25% in the second one. When compared to Monte Carlo Simulation, results by UDRM are better, presenting maximum differences lower than 5% in the first case study and lower than 15% in the second one. This also confirms the good accuracy of UDRM.
