Rodrigo Almeida Bahiense
Título
Implementação e Avaliação de uma Metodologia Fortemente Acoplada para Análise de Sistemas Flutuantes Offshore
Resumo
As recentes atividades de explotação de óleo na indústria offshore requerem o uso de sofisticadas ferramentas computacionais na análise do comportamento de sistemas flutuantes offshore. Tais ferramentas deveriam ser capazes de realizar análises dinâmicas acopladas no domínio do tempo, considerando a interação não-linear do comportamento hidrodinâmico do casco da plataforma com o comportamento estrutural/hidrodinâmico das linhas de ancoragens e risers. O objetivo deste trabalho é comparar duas formulações para o modelo acoplado. Em ambas implementações, o comportamento hidrodinâmico/estrutural das linhas é representado por modelos de Elementos Finitos acoplados com os 6 graus de liberdade do modelo de corpo rígido que representa o casco da plataforma. Na primeira metodologia, que será referida como Fracamente Acoplada, o acoplamento é implementado somente como forças atuando no lado direito da equação de movimento da plataforma. Nesta implementação, as linhas são representadas separadamente por modelos de E.F., onde a cada instante de tempo da integração da equação do casco, os movimentos do corpo são prescritos nos nós de conexão das linhas, e as trações de topo, que resultaram do processo de integração do modelo de E.F. de cada linha, são aplicadas na plataforma. Na segunda metodologia, desenvolvida e implementada por meio deste trabalho e que será referida como Fortemente Acoplada, as matrizes de E.F. (massa, amortecimento e rigidez) de todas as linhas são agrupadas com as matrizes dos elementos rígidos, criados para representar o corpo flutuante, numa única matriz global totalmente acoplada. A integração no tempo é então realizada simultaneamente, usando um esquema de integração implícito.
Abstract
Recent activities in the offshore oil exploitation industry require the use of sophisticated computational tools to analyze the behavior of offshore floating systems. Such tools should be able to perform coupled time-domain dynamic analysis, considering the non-linear interaction of the hydrodynamic behavior of the platform with the structural/hydrodynamic behavior of the mooring lines and risers. The objective of this work is to compare two approaches for the coupled model. In both implementations, the hydrodynamic/structural behavior of the lines is represented by Finite Element models, coupled with the 6-DOF of the rigid body model that represents the platform hull. In the first approach that will be referred as Weakly Coupled, the coupling is implemented only as forces acting on the right-hand side of the equations of motion of the platform. In this implementation, the lines are represented separately by their own FE models where at each time step of the integration of the hull equation, body motions are prescribed at the line connections, and the top tensions, that result from the integration process of the FE model of each line, are applied at the platform. In the second approach which was developed and implemented in this work and that will be referred as Strongly Coupled, the FE matrices (mass, damping and stiffness) of all lines are assembled with the matrices of the rigid elements that represent the floating body, in a single fully coupled global matrix. The time integration is then performed simultaneously using an implicit integration scheme.
