Alyson Gomes Vaillant
Título
MÉTODOS EFETIVOS PARA ANÁLISES DE FADIGA DE RISERS FLEXÍVEIS EM MARES BIMODAIS
Resumo
O objetivo desse trabalho consiste em uma investigação sobre métodos efetivos (acurados e eficientes) para análise de fadiga de risers flexíveis submetidos a mares bimodais através da estatística de resposta de longo-prazo. Esta metodologia requer a solução de uma integral multidimensional associada a análises não-lineares do riser flexível, fato este que impacta muito o custo computacional deste procedimento. Dez métodos foram testados em três fases e dois estudos de caso principais: risers em catenária livre conectados a uma semi-submersível e a um FPSO spread mooring. Apesar da eficiência computacional do Método da Redução-Dimensional Univariada (UDRM), foram observados desvios de até 71,5%, demonstrando aparente inadequação para aplicações não-lineares como as estudadas. Entretanto, três Métodos se destacaram com elevada acurácia e eficiência frente ao Método da Simulação Monte Carlo (MCSM), de referência, para a solução da integral multidimensional, são eles: da Redução-Dimensional Bivariada (BDRM); da Redução-Dimensional Trivariada (TDRM); e da Integração Padrão de Gauss-Hermite (SGHQ), todos considerando a Quadratura de Gauss-Hermite e apenas 5 nós de integração. Ressalta-se que tais métodos são inovadores, pois nunca haviam sido aplicados a análises de estruturas marítimas ou à fadiga de risers flexíveis, até onde se tem conhecimento. Destes, sob a ótica da eficiência, o Método BDRM é o que acarreta o menor custo computacional seguido do Método TDRM, apenas 18% e 59% do custo do Método SGHQ ou 1,9% e 6,2% do custo médio do Método MCSM. Desta maneira, o Método BDRM associado a Quadratura de Gauss-Hermite e 5 nós de integração foi o mais efetivo, podendo ser perfeitamente utilizado em aplicações do dia a dia envolvendo fadiga de risers flexíveis.
Abstract
The objective of this work consists of an investigation into effective methods (accurate and efficient) for fatigue analysis of flexible risers subjected to bimodal seas through long-term response statistics. This methodology requires the solution of a multidimensional integral associated with nonlinear analyses of the flexible risers, which significantly impacts the computational cost of this procedure. Ten methods were evaluated in three phases and two primary case studies: free hanging catenary risers connected to a semi-submersible and a spread moored FPSO. Despite the Univariate Dimension-Reduction Method (UDRM) computational efficiency, errors up to 71.5% were observed, demonstrating apparent inadequacy for non-linear applications such as those studied. However, three methods stood out with high accuracy and efficiency compared to the Monte Carlo Simulation Method (MCSM), considered as reference, i.e.: the Bivariate Dimension-Reduction Method (BDRM); the Trivariate Dimension-Reduction Method (TDRM); and the Standard Gauss-Hermite Integration Method (SGHQ), all considering the Gauss-Hermite quadrature and only 5 integration nodes for the solution. It is noteworthy that such methods are innovative, as they have never been applied to the analysis of marine structures or the fatigue of flexible risers, as far as we know. Of these, from the perspective of efficiency, the BDRM has the lowest computational cost followed by the TDRM, with only 18% and 59% of the cost of the SGHQ or 1.9% and 6.2% of the average cost of the MCSM. In this way, the BDRM associated with the Gauss-Hermite quadrature, and 5 integration nodes was the most effective and can be perfectly used in day-to-day applications involving fatigue of flexible risers.
