Danilo Machado Lawinscky da Silva
Título
Geração de Configurações Equilibradas de Sistemas de Linhas Flexíveis Através Demétodos de Relaxação Dinâmica
Resumo
As necessidades da indústria de exploração de petróleo offshore fazem surgir novas concepções estruturais que empregam sistemas de linhas flexíveis (tanto de ancoragem como de risers). Tais sistemas apresentam configurações cada vez mais complexas, com comportamento dinâmico e não-linear geométrico; assim, para sua análise, torna-se essencial o uso de um procedimento de solução numérica apropriado, baseado no Método dos Elementos Finitos. O procedimento usual de análise dinâmica de linhas flexíveis pelo MEF se baseia no estabelecimento de uma configuração inicial de equilíbrio estática para definir a malha de elementos finitos. Usualmente essa configuração equilibrada inicial é obtida empregando as equações clássicas da catenária. Contudo, em problemas mais complexos essas equações não podem ser aplicadas. Assim, o objetivo deste trabalho consiste em superar este problema com o uso de uma aproximação mais geral de elementos finitos, associada a algoritmos de relaxação dinâmica. Tais algoritmos podem ser iniciados a partir de configurações arbitrárias, não necessariamente em equilíbrio sob a ação do carregamento. Trata-se de um procedimento de solução robusto e que contorna problemas numéricos como mal-condicionamento da matriz de rigidez tangente, permitindo que o problema estático seja resolvido de maneira satisfatória.
Abstract
Recent activities in the offshore oil exploitation industry require new structural concepts employing flexible lines (both mooring lines and risers). Such systems present increasingly complex configurations, with dynamic nonlinear behaviour; therefore, the use of efficient numerical solution procedures, based on the Finite Element Method, becomes mandatory for their analysis. The usual analysis procedure for flexible lines by the FEM is based in the calculation of an initial, stable static equilibrium configuration in order to define the finite element mesh. Usually this configuration is obtained by the classic catenary equations. However, in more complex problems these equations cannot be applied. Therefore, the objective of this work is to present the use of a more general finite element approximation, associated to dynamic relaxation algorithms. Such algorithms can be started from arbitrary configurations, not necessarily in equilibrium. The resulting procedure is accurate, robust, and avoids numerical problems such as the illconditioning of the tangent stiffness matrix, allowing the static equilibrium configuration to be obtained in an efficient way.
