Rodrigo Carneiro da Costa
Resumo
Neste trabalho propomos dois estimadores para a variância do dano por fadiga no curto prazo, com o intuito de obter de uma melhor descrição estatística desta variável, requisito para o emprego de uma abordagem baseada na con abilidade para o projeto de risers. Estes estimadores se baseiam em uma variação do bootstrap não paramétrico (EFRON and TIBSHIRANI, 1994), porém, eles reamostram blocos de dados, ao invés de valores discretos, para melhor contabilizar a autocorrelação da série temporal de tensões. Estes estimadores versáteis podem ser aplicados em análises de fadiga no domínio do tempo para avaliar a variância do dano por fadiga no curto prazo (e posteriormente longo prazo) utilizando apenas uma série temporal de tensões. Três exemplos são apresentados para avaliar o desempenho dos estimadores propostos. Um estimador de amostragem Monte Carlo e o método analítico proposto por Low (LOW, 2012) são utilizados como benchmarks. Inicialmente, um caso de estudo acadêmico, compreendendo espectros de tensões teóricos, é utilizados para testar a versatilidade dos métodos quando aplicados a diferentes processos estocásticos. Em seguida, a con guração teórica de riser nomeada Riser Suspenso Ancorado por Amarras é utilizado para avaliar o desempenho dos estimadores propostos em um cenário mais realista. Por m, os resultados dos estimadores propostos são comparados aos resultados obtidos com auxílio de um software de análise dinâmica, quando aplicados à análise dos pontos de vida de fadiga crítica em um riser de con guração Steel-Lazy Wave (SLWR).
Abstract
In this work we propose two estimators for the variance of the short-term fatigue damage in order to obtain a better description of the statistics of this variable, what is required for employing a reliability-based design approach for risers projects. These estimators are based on a variation of the original non-parametric bootstrap (EFRON and TIBSHIRANI, 1994), however they resample blocks of data, instead of discrete values, in order to better account for the autocorrelation of the stress time series. These versatile estimators can be applied in time-domain fatigue analyses to assess the variance of the short-term (and then long-term) fatigue damage using a single stress time series. Three examples are shown to evaluate the performance of the proposed estimators. A Monte Carlo sampling estimator and Low's analytical method (LOW, 2012) are used as benchmarks. Initially, an academic case study comprehending four theoretical stress spectra is used to test the versatility of the proposed methods when applied to dierent stochastic processes, varying from very narrowband to full broadband cases. In the following, the riser con guration named Riser Suspended and Anchored by Chains is used to test the performance of the proposed estimators in a more realistic scenario. Lastly, the proposed estimators' results are compared to the results obtained from a dynamic analysis software, when applied to the critical fatigue life points in a Steel Lazy-Wave Riser (SLWR) con guration.
