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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2005.tde-11012006-165745
Document
Author
Full name
Leandro Dias Cunha
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2005
Supervisor
Committee
Pesce, Celso Pupo (President)
Aranha, Jose Augusto Penteado
Morooka, Celso Kazuyuki
Title in Portuguese
Vibração induzida por vórtices: análise crítica de modelos fenomenológicos.
Keywords in Portuguese
modelos fenomenológicos
plataformas de petróleo
simulação numérica
sistemas dinâmicos
vibração induzida por vórtices
Abstract in Portuguese
O presente trabalho analisa criticamente um conjunto de resultados sobre a fundamentação, simulação e aplicabilidade de alguns modelos fenomenológicos para Vibração Induzida por Vórtices, ou VIV. São estudados os modelos de Hartlen&Currie, 1970, de Iwan&Blevins, 1975, e de Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. O estudo foi desenvolvido com os propósitos: fundamentar, com base em resultados teóricos e experimentais existente na literatura, a representatividade do fenômeno de VIV através desta classe de modelos; obter resultados da simulação numérica destes modelos para posterior confrontação com dados experimentais disponíveis na literatura; discutir a possibilidade de aplicação destes modelos na prática da engenharia. A fundamentação dos modelos fenomenológicos é obtida do trabalho de Aranha, 2004, que conclui pela possibilidade teórica de representar os fenômeno de VIV através de um conjunto de equações diferenciais simplificadas. Este fato traz embasamento aos modelos fenomenológicos, que partem deste princípio de simplificação e resultam em equações similares àquelas desenvolvidas por Aranha. Para desenvolver a simulação numérica dos três modelos foi idealizado um programa de computação científica capaz de resolver numericamente as equações diferenciais ordinárias dos modelos, interpolar os resultados da simulação, efetuar a transformada de Fourier dos resuldados interpolados e apresentar em um documento formato PDF um relatório detalhado da simulação. Este relatório permite a análise direta dos dados sem necessidade de pós-processamento, contendo gráficos de séries temporais, espectro de frequência e diversos gráficos usualmente encontrados na literatura especializada de VIV. Por sua vez, para discutir a aplicabilidade dos modelos estudados é feita uma compilação da fenomenologia de VIV e os resultados experimentais são comparados com os resultados da simulação. A comparação dos resultados das simulações com dados experimentais conclui que é bastante limitada a aplicabilidade dos modelos fenomenológicos. Apenas o modelo de Iwan&Blevins foi capaz de reproduzir a amplitude de pico constatada experimentalmente. No contexto mais amplo de VIV, o trabalho observa que o estudo de modelos fenomenológicos voltou a ser uma área de fértil desenvolvimento científico.
Title in English
Vortex induced vibration: critical analysis of phenomenological models.
Keywords in English
dynamical systems
numerical simulation
petroleum plataforms
phenomenological models
vortex induced vibration
Abstract in English
The present work develops a critical analysis of a family of results emerging from the systematic study of phenomenological models in Vortex Induced Vibration, VIV. The study covers the theoretical foundation, numerical simulation and the applicability of several fenomenological models already available in the literature. Amongst the models presented here are those from Hartlen&Currie, 1970, Iwan&Blevins, 1975, and Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. The purposes are threefold: based in theoretical and experimental results in the literature, to express the ability of those models in representing de VIV phenomena; to obtain numerical simulations results in order to compare them with experimental data; to address the practical application of the studied models in real engineering cases. The fundamental basis of the phenomelogical models was borrowed from the work of Aranha, 2004, which lead to the feasibility of modelling the VIV phenomena by a set of simplified differential equations. The phenomenological models have been using simplified equations since their beginning and now the work of Aranha can be used to give the phenomenological models a sound basis. The numerical simulator was directly implemented in a scientific program specialy designed for this purpose. The resulting software can numericaly solve the models' differential equations, interpolate the results, transpose the results from time domain to frequency domain and finally present a complete report in PDF format. The report allows the direct analysis of the models dispensing with the need of any further task. In order to address the applicability issues, a fairly complete compilation of the current available experimental data on VIV was done. The compiled data was then compared with the results from the numerical simulation of the models. The main conclusion of this last step is that the phenomenological models analysed are strongly limited and do not represent the VIV characteristics well enough. An exception is made to the Iwan&Blevins models for its capacity to predict the peak vibration amplitude. In a broad sense, this work points the phenomenological modelling of VIV as an active field of research.
 
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boletim.pdf (533.64 Kbytes)
errata.pdf (58.65 Kbytes)
monografia.pdf (1.80 Mbytes)
Publishing Date
2006-02-22
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • CUNHA, Leandro D., et al. The Robustness of the Added-Mass in VIV Models. In 25th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering (OMAE), 25, Hamburg, 2006. NY : ASME, 2006.
  • CUNHA, Leandro Dias, et al. The Robustness of the Added-Mass in VIV Models. In OMAE2006, Hamburgo, 2006. 25th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering.N.Y. : ASME, 2006.
  • SANCHES, C., et al. Non-linear Modal Analysis Applied to Riser Dynamics. In ISOPE2007, Lisboa, 2007. The 17th International Offshore (Ocean) and Polar Engineering Conference. : ISOPE, 2007.
  • SILVEIRA, Lauro M Y da, et al. An Investigation on the Effect of Tension Variation on VIV of Risers. In OMAE2007, San Diego, 2007. 26th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering.NY : ASME, 2007.
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