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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-03072017-145249
Documento
Autor
Nome completo
Alexandre Nicolaos Simos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2001
Orientador
Banca examinadora
Pesce, Celso Pupo (Presidente)
Aranha, Jose Augusto Penteado
Ferreira, Marcos Donato Auler da Silva
Ragazzo, Clodoaldo Grotta
Sphaier, Sergio Hamilton
Título em português
Modelo hidrodinâmico heurístico para análise de navios petroleiros amarrados sujeitos à ação de correnteza.
Palavras-chave em português
Hidrodinâmica
Instabilidade dinâmica
Navios
Resumo em português
O presente trabalho propõe um novo modelo hidrodinâmico para avaliação das forças oriundas da ação de correnteza marítima uniforme sobre o casco de navios petroleiros amarrados. A modelagem é válida para qualquer ângulo de incidência de correnteza e sua aplicação é voltada, especialmente, ao estudo dinâmico de sistemas FPSO (Floating Production Storage and Offloading systems), muito embora seu campo de aplicação possa facilmente ser estendido a problemas correlatos em engenharia naval. O modelo ora apresentado depende basicamente das dimensões principais do casco, necessitando de um conjunto bastante pequeno de parâmetros a serem determinados experimentalmente. Essa natureza quase-explícita da modelagem constitui sua principal vantagem face aos demais modelos usualmente empregados, e a mesma advém exatamente do contexto mais restrito para o qual foi formulado. O modelo heurístico estendido foi elaborado com base em um modelo estático previamente desenvolvido por Leite et al. (1998). Foram incorporados os efeitos provenientes do movimento de rotação do casco, tornando o modelo aplicável ao caso geral de movimentos do navio no plano horizontal. A determinação destes efeitos foi fundamentada em uma abordagem heurística, combinando-se estimativas semi-empíricas para as forças decorrentes de diferentes padrões de escoamento fluido no entorno do casco, padrões estes associados a faixas de ângulos de incidência distintas. As estimativas de força e momento em movimento combinado de translação e rotação do casco foram validadas a partir de resultados experimentais obtidos em ensaios de yaw-rotating, conduzidos com modelos de diferentes navios petroleiros, em duas condições de carregamento distintas. ) Posteriormente, a verificação experimental foi ampliada, analisando-se a adequação do modelo hidrodinâmico ao estudo de instabilidade dinâmica de navios atracados por intermédio de um cabo de amarração (hawser), fenômeno conhecido em engenharia naval como fishtailing. Em paralelo ao desenvolvimento do modelo hidrodinâmico e sua validação experimental, objetivos primeiros deste trabalho, procede-se a uma revisão crítica das diferentes abordagens teóricas comumente empregadas, baseada nos principais aspectos hidrodinâmicos envolvidos em aplicações práticas de navios amarrados em sistemas offshore. Assim, face à complexidade do problema em questão e dada a profusão de modelos teóricos existentes na literatura, mais do que a defesa de um ou outro método de análise, procura-se fornecer um orientação consistente para que o projetista de sistemas oceânicos possa escolher, com maior confiança, a abordagem mais apropriada para a aplicação em questão, ciente de suas vantagens e eventuais limitações.
Título em inglês
An heuristic hydrodynamic model for the analysis of moored ships under current action.
Palavras-chave em inglês
Dynamic instabilidade dinâmica
Hydrodynamic models
Moored tanker ships
Single-point mooring
Resumo em inglês
A new hydrodynamic model for the analysis of current forces acting on moored tanker ships is proposed. The theoretical model is valid for any angle of attack of the current and is intended, primarily, for the analysis of FPSO (Floating Production Storage and Offloading) systems, although its application may be easily extended to other correlated problems in ocean engineering. The model depends basically on the ship main dimensions and requires few external parameters to be derived. This quasi-explicit nature certainly constitutes the model main advantage and it was only possible due to the more restricted context it was derived for. The extended heuristic model, as it is called, was based on a previous static version presented by Leite et al. (1998). The hydrodynamic effects arising from the ship yaw motion were now incorporated, making the model able to cope with the problem of combined drift-yaw motions. Yaw velocity influence was determined by means of a heuristic combination of semi-empirical formulations of force and moment components, resultant from distinct fluid flow patterns, each one related to a different range of angles of attack. Force predictions were validated through confrontation with yaw-rotating experimental results, obtained for different tanker models in distinct loading conditions. It was also verified experimentally that the model is capable of predicting the hydrodynamic forces involved in the unstable dynamic behavior of asingle-point moored tanker, when subjected to a steady ocean current, known as fisthailing phenomenon. A critical revision of the different theoretical models at hand represents a supplementary purpose of this work. This revision was performed based on the main hydrodynamic aspects involved in common offshore applications of moored tanker ships. ) Therefore, instead of a passionate defense of any particular theoretical procedure, the work aims to provide a consistent orientation in order to help the offshore system designer to choose, between the various hydrodynamic models, the one that is more suitable for the analysis of a specific project, confident on its advantages and aware of its eventual limitations.
 
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Data de Publicação
2017-07-03
 
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  • Simos, Alexandre N., et al. Hydrodynamic Model Induced Differences in SPM Post Pitchfork Bifurcation Paths [doi:10.1115/1.1510872]. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering [online], 2002, vol. 124, nº 4, p. 174.
  • SIMOS, Alexandre Nicolaos, et al. A Quasi-explicit Hydrodynamic Model for the Dynamic Analysis of a Moored FPSO Under Current Action. Journal of Ship Research, 2001, vol. 45, nº 4, p. 289-301.
  • SIMOS, Alexandre Nicolaos, et al. Validation of a Quasi-Explicit Hydrodynamic Model for the Analysis of Moored FPSO Systems. In OMAE 2001, Rio de Janeiro, 2001. Proceedings of the 20th Offshore Mechanics and Arctic Engineering Conference.Rio de Janeiro, RJ, 2001.
  • SIMOS, Alexandre Nicolaos, TANNURI, Eduardo Aoun, and PESCE, C. P. Dynamics of A Turret-Fpso System And Hydrodynamic Models. In 17th Int. Conference on Offshore Mechanics and Arctic engineering, July, 5-9, 1998, Lisboa, 1998. Proceedings - CDROM - OMAE98-0410.N.Y. : ASME, 1998.
  • LEITE, A. J. P., et al. FPSO-Turret System Stability And Wave Heading. In ISOPE'99, Brest, 1999. 9th Internacional Offshore and Polar Engineering Conference. : ISOPE, 1999.
  • PINTO, M. M. O., et al. Turret Positioning, Dicas Heading And Loading On Catenary Risers. In OMAE'99, St. John's, 1999. 18th Int. Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering.New York : ASME International, 1999.
  • SIMOS, Alexandre Nicolaos, et al. Hydrodynamic Model Induced Differences in SPM Post Pitchfork Bifurcation Paths. In OMAE 2001, Rio de Janeiro, 2001. Proceedings of 20th Offshore Mechanics and Arctic Engineering Conference., 2001.
  • TANNURI, Eduardo Aoun, et al. Assisted Dynamic Positioning of A Moored FPSO: Robustness Aspects Regarding Current Forces Modeling. In The 22nd International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Cancun, Mexico, 2003. Proceedings of OMAE'03, paper OMAE2003-37066., 2003.
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