Dinâmica tridimensional de risers. - Takafuji, Fernanda Cristina de Moraes (2010)
Utilizados na extração de petróleo em alto mar, os risers são elementos que conectam a unidade flutuante ao poço no fundo do mar. Eles estão sujeitos às condições ambientais do local onde estão instalados, as quais podem variar no tempo. Em geral, divide-se o estudo do comportamento global dos risers em duas análises: estática e dinâmica. Na análise estática são levados em conta os carregamentos que podem ser considerados constantes no tempo, são eles: peso próprio, empuxo e força da correnteza. Já na análise dinâmica são considerados os carregamentos causados pela movimentação da unidade flutuante, pelas ondas e pela liberação de vórtices. A dinâmica de risers é essencialmente não-linear, principalmente por causa do amortecimento viscoso, que é quadrático com a velocidade relativa, e devido ao contato unilateral entre o riser e o solo. O problema dinâmico pode ser simulado de duas maneiras: no domínio do tempo e no domínio da freqüência. A análise do domínio do tempo é, geralmente, mais demorada, pois a solução é obtida para cada passo de tempo, porém as não-linearidades inerentes ao comportamento da estrutura podem ser consideradas de forma direta. A análise no domínio da freqüência, por sua vez, costuma ser mais rápida, pois o estado estacionário é diretamente obtido, porém, as não-linearidades do problema devem ser devidamente tratadas. O objetivo deste trabalho foi estudar a dinâmica global de risers com foco na modelagem das não-linearidades no domínio do tempo, bem como estudar uma forma de lineariza-las para o domínio da freqüência. Partiu-se de uma análise estática pré-existente, que no domínio da freqüência é a configuração em torno da qual o riser se movimenta. O modelo dinâmico foi obtido através do Método dos Elementos Finitos e o riser foi representado por um elemento de pórtico. Para a análise no domínio da freqüência uma forma de linearização do amortecimento viscoso foi desenvolvida neste trabalho baseada, em uma metodologia já utilizada em casos bidimensionais. Além disso, o contato com o solo foi representado por molas lineares, que recuperam o movimento no plano horizontal e a curvatura corrigida através de uma técnica de camada limite. Com base nos resultados obtidos, pode-se dizer que essas linearizações tiveram o efeito desejado, pois compararam muito bem com os resultados do modelo não-linear. Já no domínio do tempo o amortecimento viscoso pode ser representado de forma não linear, assim como o contato com solo, representado através do contato unilateral, atrito, força de sucção e trincheira. Foram feitas comparações, sempre que possível, com o software comercial Orcaflex 9.2a.