Investigações analítico-numéricas dos problemas de vibrações induzidas pela emissão de vórtices e de excitação paramétrica em cilindros flexíveis verticais e em catenária

• Processo: 16/25457-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Vigência (Início): 01 de abril de 2017
• Vigência (Término): 30 de setembro de 2022
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Naval e Oceânica - Hidrodinâmica de Navios e Sistemas Oceânicos
• Pesquisador responsável: Guilherme Rosa Franzini
• Beneficiário: Guilherme Jorge Vernizzi Lopes
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 17/16578-2 - Análise da dinâmica de cilindros flexíveis verticais sujeitos a vibrações induzidas pela emissão de vórtices utilizando modos normais não lineares, BE.EP.DD
• Assunto(s): Interação fluido-estrutura Vibrações Risers Método de Galerkin Método dos elementos finitos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Análise analítico-numérica | Dinâmica de Risers | excitação paramétrica | modelo de ordem reduzida | Vibrações Induzidas pela Emissão de Vórtices | Interação Fluido-Estrutura

Resumo

A dinâmica de estruturas oceânicas é, via de regra, bastante rica do ponto de vista acadêmico e de análise bastante complexa. Fenômenos lineares e não-lineares de diversas naturezas coexistem, de sorte que sua análise completa é praticamente impossível. Este projeto de pesquisa focará em dois fenômenos particulares, a saber: os problemas de excitação paramétrica e as Vibrações Induzidas pela emissão de Vórtices (VIV). Os problemas de excitação paramétrica decorrem da variação temporal da rigidez geométrica de estruturas como risers e tendões de TLP. Já o VIV é uma particular classe de vibração induzida pelo escoamento, caracterizado por amplitudes de oscilação próximos a um diâmetro. Pretende-se abordar a análise teórico-numérica destes dois fenômenos em duas particulares configurações estruturais - cilindros flexíveis verticais e em catenária. Em especial, pretende-se conduzir as investigações segundo Modelos de Ordem Reduzida (MOR), trabalhando-se assim com sistemas de poucos graus de liberdade, o que possibilitará o uso de técnicas analíticas de dinâmica não-linear. Como primeira atividade da pesquisa, pretende-se determinar modos não-lineares para os problemas de cilindros verticais e em catenária. Em seguida, estes modos não-lineares serão utilizados como funções de projeção no método de Galerkin para a obtenção dos sistemas de equações diferenciais representativos dos MORs. Os problemas de excitação paramétrica serão estudados a partir destes MORs utilizando soluções analíticas (quando possíveis) e integração numérica, tendo seus resulta-dos comparados aqueles obtidos com uma ferramenta baseada no método dos elementos finitos. Já o fenômeno de VIV envolverá cilindros com liberdade de oscilação em uma e duas direções, sendo os esforços hidrodinâmicos modelados por meio de equações não-lineares segundo uma abordagem fenomenológica. Integração numérica e estudos analíticos serão conduzidos, com posterior correlação experimental utilizando uma base de dados já pertencente ao grupo de pesquisa. Ao final do projeto, pretende-se evidenciar alguns aspectos como, por exemplo, os ganhos de conhecimento provenientes do uso de modos não-lineares como funções de projeção no método de Galerkin, os efeitos de uma abordagem multimodal nos problemas aqui estudados e uma profunda correlação experimental. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

VERNIZZI, GUILHERME JORGE; LENCI, STEFANO; FRANZINI, GUILHERME ROSA. A detailed study of the parametric excitation of a vertical heavy rod using the method of multiple scales. MECCANICA, v. 55, n. 12, SI, p. 2423-2437, DEC 2020. (16/25457-1, 17/16578-2)

VERNIZZI, GUILHERME JORGE; LENCI, STEFANO; FRANZINI, GUILHERME ROSA. A discussion regarding reduced-order modelling of inclined elastic and immersed cables under excitation. INTERNATIONAL JOURNAL OF NON-LINEAR MECHANICS, v. 145, p. 23-pg., 2022-10-01. (17/16578-2, 16/25457-1)

VERNIZZI, GUILHERME JORGE; FRANZINI, GUILHERME ROSA; LENCI, STEFANO. Reduced-order models for the analysis of a vertical rod under parametric excitation. INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCES, v. 163, NOV 2019. (16/25457-1, 17/16578-2)

VERNIZZI, GUILHERME JORGE; LENCI, STEFANO; FRANZINI, GUILHERME ROSA. A detailed study of the parametric excitation of a vertical heavy rod using the method of multiple scales. MECCANICA, v. 55, n. 12, p. 15-pg., 2020-10-15. (17/16578-2, 16/25457-1)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

LOPES, Guilherme Jorge Vernizzi. Contribuições à dinâmica não linear de estruturas esbeltas imersas em água: análise em modelos de ordem reduzida e suas vantagens.. 2022. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC) São Paulo.