Marina Leivas Simão
Resumo
No cenário de longo prazo, as ações ambientais, a que estão sujeitas as estruturas offshore flutuantes, como ondas, ventos e correntes, são processos aleatórios não estacionários.
No entanto, esse comportamento de longo prazo geralmente é modelado como uma série de condições estacionárias de curto prazo. Em análise de longo prazo, uma estimativa da resposta de N-anos pode ser obtida por meio de uma integração multi-dimensional incluindo todas essas condições ambientais de curto prazo. Esta tese apresenta um método inovador e mais eficiente para a integração de longo prazo baseada no método Simulação Monte Carlo por Amostragem por Importância (ISMCS), onde a distribuição uniforme é usada como a função de amostragem. Paralelamente, é desenvolvida uma distribuição ambiental conjunta multi-dimensional que descreve estatisticamente todos os parâmetros ambientais relevantes, a qual contempla variáveis lineares e direcionais, e trata as ondas de vento e de swell de forma individual. A metodologia é aplicada para dois FPSOs, com sistemas de ancoragem distintos, instalados em águas profundas na costa brasileira. É mostrado que o ISMCS é um procedimento numericamente estável e fornece estimativas confiáveis para a resposta de longo prazo de N-anos com um número viável de simulações numéricas necessárias para sua convergência. Também é mostrado que este procedimento pode ser uma ferramenta poderosa para contabilizar a ocorrência simultânea de ondas de vento e de swell em avaliações de respostas estruturais de unidades flutuantes. Também é fornecido um procedimento orientado para projeto baseado nas metodologias desenvolvidas, visando a verificação no Estado Limite Último com fatores de segurança calibrados de acordo.
Abstract
In the long-term scenario, the environmental actions to which floating offshore structures are subjected to, such as waves, wind and current, are non-stationary processes. However, this long-term behavior is usually modeled as a series of short-term stationary conditions.
In a full long-term analysis approach, an estimate of the N-year response can be obtained through a multi-dimensional integration over all these short-term environmental conditions. This thesis presents an innovative and more efficient long-term integration method based on the Importance Sampling Monte Carlo Simulation (ISMCS) method, where the uniform distribution is used as the sampling function. In parallel, a multi-dimensional joint environmental model that statistically describes all relevant environmental parameters is developed, contemplating linear and directional variables, and treating wind sea and swell waves individually. The methodology is applied for two FPSOs systems installed in Brazilian deep waters. It is shown that ISMCS is a numerically stable procedure and provides reliable estimates for the long-term N-year response with a feasible number of required simulations. It is also shown that it can be a powerful tool to account for simultaneous occurrence of wind sea and swell waves in structural response evaluations. A design-oriented procedure based on developed methodologies, using an Ultimate Limit State reliability-based design with calibrated safety factors in a Load and Resistance Factor Design format, is also provided.
