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

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)