DeepC : Análise Acoplada de Risers e Umbilicais

DeepC – Análise de Risers e Umbilicais
Fan Joe Zhang
Sesam Business Development Manager – DNV Software / Houston

João Henrique Volpini Mattos
Engenheiro Naval
Regional Sales Manager - Maritime & Offshore Solutions (South America), DNV Software / Brasil

Agosto 2012

DeepC
Ferramenta do Sesam para análise de risers e linhas de ancoragem
conectadas à corpos flutuantes estacionários.
 Análise sem e com acoplamento.
 Modelagem de estruturas delgadas.
 Definição e execução de análises no domínio do tempo :
– Riflex e Simo para análise acoplada.
– Riflex para análise convencional de riser.
 Pós-processamento estatístico.
 Análise de fadiga dos risers.
 Code-checking de carregamento combinado de risers
metálicos.

© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 2

DeepC : Histórico
 Resultante do projeto de pesquisa sobre ferramentas de análise em águas pro-
fundas (DEPER – JIP) no período 1996-1999.
 O projeto foi uma cooperação entre DNV e Marintek, sob os auspícios do Royal
Norwegian Council for Scientific and Industrial Research e várias companhias de
petróleo e empresas de engenharia :
- Aker Engineering
- Australian Maritime Engineering CRC
- Babcock & Wilcox
- Brown & Root
- ETPM AS
- Kvaermer Oil & Gas
- Mobil
- Norsk Hydro
- Offshore Design
- Petrobras
- Saga
- Statoil
- Umor Technology


DeepC : Propósitos
 Análise tradicional do projeto de risers para águas rasas e profundas, des-
de a modelagem até a análise de fadiga e verificação por normas.
3 embarcações conectadas
 Calcular precisamente as respostas das linhas de
ancoragem/risers e o movimento da embarcação.
 Efetuar análise acoplada com vários corpos
conectados, cobrindo todos os tipos de layouts
de campos.
 Levar em conta os efeitos de acoplamento :
- Forças de restauração não lineares
- Amortecimento devido à dinâmica das estruturas
delgadas
- Carregamento nas estruturas delgadas
- Forças de inércia nas estruturas delgadas

 Servir de pré e pós-processador gráfico para
Simo e Riflex.


DeepC : Aplicações
 FPSOs
- Amortecimento da excitação de baixa frequência.
- Movimentos lentos de flutuação/avanço/deriva.

 Semi–submersíveis
- Melhoria da precisão da resposta da catenária de risers de aço.
- Previsão da contribuição da fadiga de baixa frequência.

 Spars
- Melhoria da modelagem dos movimentos lentos de jogo,
arfagem e afundamento.
- Fatiga de sistemas de risers tensionados.
- Resposta de afundamento de treliças clássicas de Spars.

 TLPs
- Incorpora forças não lineares e dinâmicas da correnteza na
resposta na frequência das ondas.
- Melhora a precisão da previsão do avanço e de alta frequência
do amortecimento da arfagem.


Configuração de Risers : Steel Catenary Riser (SCR)
Pró : Contra :
 Movimentos da plataforma absorvidos  Sujeito à cargas de fadiga,
por mudanças na configuração da geo- particularmente na região em que toca
metria o solo, devido à :
- Movimentos da plataforma
- Vibração induzida por vórtices (VIV)
- Correnteza.


Configuração de Risers : Top-tensioned Riser (TTR)
Pró : Contra :
 Risers verticais suportados pela tração  Requisitos pesados de re-trabalho
no topo. Compensadores de afunda-
mento permitindo um movimento relati-  Requer plataforma com boas caracte-
vo entre o riser e a plataforma. rísticas de resposta de movimento
- Tension Leg Platform (TLP)
 Evita flambagem e flexão excessiva - Afundamento negligível (0 to 30 cm)
devido ao movimento da plataforma e - Spar
VIV - Pequeno afundamento (15 cm a 3m)

 Reduz custos de perfuração e comple-
tação.


Configuração de Risers : Free-standing Riser
Prós : Contras :
 Desacopla a resposta do riser da plata-  O riser ainda sofre movimentos indu-
forma associada, bem como dos efeitos zidos pela correnteza.
de vento e swell.
 A resposta estrutural do riser à estes
 O requisito principal é garantir uma movimentos ao longo de sua vida útil
força de flutuação que estabilize o riser ainda deve ser avaliada.
no longo prazo.


Desafios no Projeto de Risers
 Modo tradicional : metodologias desacopladas.
 Para águas profundas o efeitos do acoplamento das linhas relativamente ao
movimento da plataforma pode ser significativo. É esperada uma redução na
amplificação dos movimentos da plataforma comparado aos resultados da análise
sem acoplamento.
 A análise acoplada considera a interação entre
- o comportamento hidrodinâmico do casco,
- o comportamento estrutural das linhas de ancoragem.
- e risers sujeitos às forças ambientais.
 Para águas profundas e ultra-profundas, o projeto da SCR adotando deslocamentos
prescritos da análise acoplada irá fornecer resultados mais realísticos e otimizados,
do que quando comparado a análise não acoplada convencional.


Características do Movimento da Plataforma em WF e LF

Movimento de avanço
Componentes do movimento médio +LF+WF
Riser/ancoragem/plataforma
compreendem um sistema
dinâmico integrado único

tempo

Resposta complexa ao vento, ondas e correnteza
 A resposta na frequência de ondas (WF) devido ao
carregamento das ondas na plataforma normalmente
não é influenciada pelas estruturas delgadas.
 A resposta de baixa frequência (LF) é devida à excitação
dinâmica do vento e forças de onda de segunda ordem.
 O movimento horizontal de baixa frequência é definido
pela dinâmica da ressonância do sistema riser/an-
coragem/plataforma. O amortecimento é essencial para
a predição destes movimentos.
 O deslocamento médio é definido pelo carregamento
ambiental médio e as características de restauração do
sistema riser/ancoragem/plataforma.


Análise do Movimento Sem Acoplamento
Modelo de Cargas da Plataforma :
 Massa e restauração hidrostática
 Modelo de amortecimento
 Carga de ondas de 1ª e 2ª ordem
 Carga de vento e correnteza

Modelo de Estrutura Esbelta :
 Características de restauração hidrostática
 Sem carregamento externo nas estruturas delgadas
Modelo de resposta sem acoplamento : Esquema da Solução :
 Solução no domínio do tempo da plataforma (6 graus de
liberdade)
 Força de restauração das estruturas esbeltas aplicadas
como forças estáticas externas não lineares (molas)

Avaliação em separado dos outros efeitos de acoplamento entre a plataforma e os riser é requerida. Ex :
- Amortecimento devido à dinâmica das estruturas delgadas
- Carga da correnteza nas estruturas delgadas. Efeitos dependentes da excitação no
sistema a serem avaliados caso a caso.
- Forças de inércia devido às estruturas delgadas.


Análise do Movimento Com Acoplamento
M (x) + C(x)x + K (x) = f (x, x, t )
x  
 O modelo de forças da plataforma é
incluido no modelo detalhado de
Modelo de resposta elementos finitos na modelagem da
acoplada entre a estrutura delgada completa (risers e
plataforma e a ancoragem).
estrutura delgada
 Plataforma, ancoragem e risers são
resolvidos simultaneamente no domínio
do tempo, com equilíbrio dinâmico a
cada passo de tempo.
 Todos os efeitos de acoplamento na são
automaticamente levados em conta.
 Um modelo grosseiro da estrutura
delgada ainda pode capturar os efeitos
Todos os efeitos de acoplamento são levados em principais do acoplamento, e pode ser
consideração, por ex. : aplicada para uma maior eficiência
- Força de restauração não linear computacional.
- Amortecimento devido à dinâmica da estrutura esbelta  Uma resposta mais precisa para a
- Correnteza nas estruturas esbeltas análise global de desempenho estruturas
- Forças de inércia devido às estruturas esbeltas.
ancoradas.


Análise Acoplada com Múltiplos Corpos
TLP
Os flutuantes, linhas de ancoragem, risers, e FTL,
FLOW TRANSFER LINE constituem um sistema dinâmico integrado que
CALM BUOY
responde ao vento, corrente e ondas de maneira
complexa.

FPSO Axial force at two ends of FTL
(wave/wind/current_180deg, swell_225deg)

end at FPSO end at TLP

4000 4050 4100 4150 4200
(sec)

 Na análise da resposta dinâmica dos corpos flutuantes, a análise acoplada
leva em conta a restauração, amortecimento e forças inerciais dos outros
corpos.
 Os flutuantes, ancoragem e risers são resolvidos simultaneamente, com
equilíbrio dinâmico em cada passo de tempo.

Efeitos do Acoplamento
1) Restauração estática do sistema de posicionamento como
uma função do deslocamento do flutuante.
2) Carga de corrente e seus efeitos na força de restauração restauração
do sistema de ancoragem e de risers.
3) Fricção com o leito marítimo (se as estruturas tiverem
contato com o fundo).
4) Amortecimento pelos sistemas de ancoragem e risers
devido à dinâmica, correnteza, etc. amortecimento
5) Contato casco-riser (importante em Spars).
6) Forças adicionais de inércia devido aos sistemas de inércia
ancoragem e risers.

Análise desacoplada : 1) levado em conta com precisão
2), 4), 6) podem ser aproximados
3), 5) geralmente não são considerados

Análise acoplada : Tratamento consistente de todos os 6 efeitos


Quando os Efeitos do Acoplamento São Importantes ?

Profundidade
Sistema
Flutuante
Raso Moderada Profunda Ultra Profunda

FPSO Pequenos Moderados Altos Altos

TLP ------ Pequenos Moderados Moderados

Spar Moderados/
------ ------ Moderados
Sistema de riser Aircan Altos
Spar
Sistema de riser suportado ------ ------ Altos Altos
pela Spar


Estratégias de Análise Acoplada
Advanced
vessel model
Análise separada do movimento da plataforma/estrutura delgada
Vessel Motion
Simplified
Analysis
 O propósito da análise acoplada é a predição dos movimentos da
slender structure
model
plataforma
LF & WF vessel  Um modelo groseiro das estruturas delgadas é aplicado, ainda
capturando os efeitos principais do acoplamento (amortecimento,
motions

restauração, correnteza)
(b) Select vessel motion (a)
representation  Uma análise detalhada da resposta da estrutura delgadas é feita através
de elementos finitos, considerando os movimentos forçados da
Establish WF &LF plataforma.
‘representative’ vessel
offset (mean & LF) motions  Abordagem flexível e eficiente, frequentemente utilizada no projeto de
risers com análise detalhada de fadiga.
Advanced slender
Vessel WF structure model of
motion RAO each riser & mooring Análise combinada do movimento da plataforma/estrutura delgada
 Inclui o modelo detalhado das estruturas delgadas de interesse no modelo
Slender structure Slender structure de resposta acoplada..
analysis analysis
 Abordagem simples “tudo de uma vez”
WF slender WF & LF slender
structure responses structure responses


Carregamento Hidrodinâmico
 No Sesam as forças de excitação da embarcação podem ser calculadas
utilizando :
- Método da radiação/refração – teoria potencial 3D.
- Teoria das faixas – modelo de forças viscosas.
- ou ambos.

 O carregamento hidrodinâmico das estruturas esbeltas são modeladas por
Morison, baseando-se na velocidade relativa. Os principais modelos
utilizados são :
- Carregamento de ondas regulares (Stokes 5ª ordem e Airy).
- Carregamento de ondas irregulares (Airy).
- Cinemática calculada por FFT ou séries cossenoidais.
- Carregamento hidrodinâmico calculado até a superfície livre (Wheeler, movimento
potencial).
- Carregamento hidrodinâmico em tubulações parcialmente submersas.


Carregamento de Ondas Regulares
 Benefício principal : Condições regulares em adição a condições irregula-res
de mar.
 A análise típica de fadiga devido a ondas regulares é similar a análise com
ondas irregulares, que normalmente incluem :
- Criação de múltiplas ondas regulares e duração baseados em um diagrama de
dispersão de ondas.
- Especificação de um determinado número de períodos (em geral 10) baseados
em um gabarito de análise pré-definido,
- Execução de todas as análises e da análise final de fadiga.

 Condições de ondas regulares podem também ser utilizadas em análise
acoplada.

Onda regular apresentada


Diagramas de Dispersão Direcionais
 Benefícios principais : Utilização de múltiplos dia-
gramas de dispersão.
 Esta funcionalidade torna muito mais fácil a mani-
pulação de diagramas de dispersão dependentes
da direção.
- O usuário somente precisa especificar as proba-
bilidades de cada discretização da dispersão (como
mostrado a direita).
- Esta funcionalidade se aplica a tanto a diagramas de
dispersão regulares como irregulares.


Execução Paralela
 É possível executar várias análises em pararelo (max. 64).
- Redução do tempo de processamento.
- Licenças adicionais do Simo/Riflex podem ser necessárias.


DeepC : Softwares DNV Relacionados
 GeniE Modelagem do casco e distribuição de massas.
GeniE
 HydroD Interface gráfica para o Wadam
- Wadam Interação corpo-onda, radiação/refração e teoria de
Morison.
HydroD
 Mimosa Análise de ancoragem no domínio da frequência.
 Digin Comportamento e instalação de âncoras ofshore. Wadam

 DeepC Análise de acoplamento e de raisers, não linear
no domínio do tempo.
- Simo Geração de forças no flutuante (também usado para Mimosa
simulação de operações marítimas e análise sem
acoplamento.
- Riflex Programa de elementos finitos para estruturas delga- DeepC
das, análise e solver de equações de movimento.

 Xtract Apresentação aperfeiçoada de resultados e
Riflex Simo
animação.
Xtract Digin


DeepC : Como Utilizar
GeniE HydroD / Wadam DeepC / Riflex / Simo
Modelo: Hidrodinâmica: Modelagem & Análise: Processamento das
• Forma de casco • Forças • Ancoragem/risers séries temporais:
• Distribuição de • Massa adicional • Ambiente • Estatísticas de forças
massas • Amortecimento • Modificação da embarcação e movimentos.
• Funções de transferência (coeficientes de vento e • Filtragem (LF, WF)
corrente, massa, etc.) • Envelopes de resposta
opcional opcional • Controle da análise • Verificação de normas
• Análise de fadiga
DeepC D2.0-05 Date: 10 Apr 2003 10:51:36

Power Spectrum of Oil Offloading Line Tension

300000
250000
200000
Energy Density Spectrum

150000
100000
50000
0
0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2

Circular Frequency [rad/s]

S0: 41204.1, S1: 23002.7, S2: 14502, S3: 10137.2, S4: 7653.19, Tz: 8.92615, Cut off: 1, Smoothing: 7


Wadam (Wave Analysis by Diffraction and Morison Theory)
Análise hidrodinâmica da iteração entre ondas e estrutura (domínio da fre-
quência) para corpos estacionários.
 Interação hidrodinâmica entre vários corpos independentes
 Estruturas fixas e flutuantes de formato arbitrário
– Semi-submersíveis
– TLP
– FPSO
– SPARS
– Gravity based
 Teoria de radiação-difração 3D
e de Morison
 Amortecimento viscoso
 Forças de excitação e resposta de 2ª ordem
 Geração das cargas para análise estrutural (Sestra)
 Transferência de dados para o DeepC


Wadam em Aplicações Multi-Corpos
 A análise multi-corpos do Wadam calcula a
interação hidrodinâmica entre os corpos
 Obtenção dos operadores de amplitude de
resposta (RAO)
- Os movimentos de uma das embarcações podem
alterar a resposta da outra devido à perturbação
do fluido

 Massa adicional e amortecimento
- Se as embarcações estiverem muito próximas,
elas podem agir como paredes, levando a direção das ondas
diferentes massas adicionais e coeficientes de
amortecimento cavado

pico
 Visualização da superfície livre
- Animação do novo campo de ondas e da região
entre as embarcações


DeepC/Wadam : Análise de Corpos Próximos (1)
[11] [12]
Acoplamento hidrodinâmico entre corpos flutuantes
 Matrizes de massa adicional e amortecimento  
- Transferidas do Wadam para o DeepC [21] [22]
- Matrizes fora da diagonal ainda não são incluídas no Riflex (e
portanto no DeepC
 Forças de excitação de 1ª ordem
- Transferidas do Wadam para o DeepC
 Forças de arrasto de 2ª ordem
- Transferidas do Wadam para o DeepC
 Movimento dos corpos
- Calculados pelo DeepC


224 m

20 m

Alternativas de Análise
a) Corpo único
b) Multi-corpos
c) Multi-corpos simplificado, negligenciando as matrizes fora da diagonal
principal quando calcular os movimentos dos corpos


Multi-corpos

Jogo Afundamento

Corpo único

Multi-corpos
simplificado


[11] [12]
 Matrizes fora da diagonal são contribuições importantes
na solução do movimento
 
[21] [22]
- A análise do Wadam mostra este efeito
- Simo trata as matrizes fora da diagonal e pode ser usado
acoplando as estruturas modeladas mas não fazendo a análise acoplada
- Combinando a opção multi-corpos do Wadam com a análise do Simo podemos
calcular os acoplamentos físicos e hidrodinâ-
micos entre dois ou mais corpos flutuantes.

 A generalização não é possível
- Sistemas multi-corpos acoplados diferem de
configuração para configuração
- Sistemas de ancoragem são muito diferentes
- Grandes diferenças no tamanho dos corpos


Simo (1)
Simulação de operações marítimas, com análise do movimento e manu-
tenção da posição de embarcações e cargas suspensas.
 Modelagem flexível de sistemas multi-corpos
 Simulação não linear no domínio do tempo
 Cargas ambientais devido ao vento, ondas e corrente
 Simulação interativa ou em lote
 Posicionamento dinâmico
 Operações de guindastes com
acoplamento mecânico
 Completação do convés (deck mating)


Simo (2)
 Cálculo do movimento de qualquer número de
corpos
- Forças “fracas” de acoplamento e engate
- Integração das equações de movimento para cada
corpo separadamente
- Passo máximo de tempo relacionado ao menor
período natural

 Cada corpo tem 3 ou 6 graus de liberdade
- Vários modelos de forças

 Sistemas de posicionamento
- Molas
- Linhas de ancoragem
- Impelidores

 Acoplamentos
- Molas e amortecedores


Riflex (1)
Análise estrutural não linear de risers e
umbilicais
 Estruturas marítimas delgadas
- Risers, linhas de ancoragem, umbilicais,
tendões de TLP
 Recursos
- Ondas regulares e irregulares
- Recurso para perturbação cinemática
- Perfis arbitrários
- Efeitos de pressão hidrostática interna e
externa
- Contato com leito do oceano
- Propriedades não lineares de materiais
- Formulação do contato Pipe-in-Pipe
- Elementos de conexão (rótulas, juntas
flexíveis, swivels)


Riflex (2)
 Imbatível na velocidade de obtenção da solução (de 10 a 20x mais rápido
que outros softwares na análise com mar irregular)
 Excepcionalmente estável
 Grande flexibilidade
 Grande versatilidade para cargas
ambientais
 Opera com grandes massas de dados
muito eficientemente

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DeepC : Interface
Menus e barra de ferramentas
Dicas e
barra de
status

Navegador Área de
trabalho

Interface de linha de comandos

DeepC : Deriva Lenta de FPSO
 Níveis de amortecimento dependentes da
excitação de baixa frequência mais realistas
- Tensões consistentes na linha de ancoragem
- Respostas consistentes nos risers
- Respostas consistentes no turret
(forças/momentos)

 Casos intactos e avariados podem ser
verificados
 Casos extremos de fadiga podem ser cobertos
 Interações hidrodinâmicas e estruturais (ex : FTL – flow transfer line)
 Estratégia de análise adequada ⇒ tempo de computação ≈ tempo real
 Interação onda e correnteza (wave drift damping)


DeepC : Análise de Linhas de Ancoragem
 Modelagem de uma ou várias linhas
na interface gráfica do DeepC

 Linhas independentes do movimento
da embarcação :
- Funções de transferência lidas de
arquivo (acoplada ou desacoplada)
- Séries temporais lidas de arquivo
(tipicamente desacoplada)
- Séries temporais lidas de análise
acoplada exitente


DeepC : Análise Pipe-in-pipe


Análise de Fadiga e Code-Checking – 3 Abordagens
 Análise acoplada  Uma opção eficiente
- Resultados mais precisos 1. Faça a análise acoplada global com um modelo
- Ondas regulares e irregulares grosseiro incluindo todas as estruturas
- Abordagem mais demorada delgadas,
2. Remova todas as linhas exceto as do rizer a ser
 Análise não acoplada com ondas irregulares analisado,
- Abordagem mais comum, mas os resuyltados 3. Refine o modelo (fazendo vários modelos locais
podem ser sensíveis à profundidade detalhados),
- Movimento da embarcação baseado em RAO's 4. Re-execute a série temporal da análise
- Abordagem mais rápida acoplada para cada modelo local para executar
o pós-processamento.
 Análise não acoplada com ondas regulares
- Abordagem rapidíssima utilizada na fase
preliminar do projeto
- Similar à modelagem com mar irregular


DeepC : Verificação de Risers
 Baseada em análise sem ou com
acoplamento
 Verificação da capacidade de acordo
com
- DNV OS F201
- Tensões de Von Mises (API RP)
- ISO 13628-7
 Tensões axiais e momentos fletores
escalados por fatores de acordo com
- LRFD ou WSD
- ULS, SLS, ALS


DeepC : Análise de Fadiga (1)
 Análise de fadiga em linhas tubulares
- Baseada em análise com ou sem
acoplamento
- Não linear no domínio do tempo
- Ondas regulares e irregulares
- Contagem de Rain-flow


DeepC : Análise de Fadiga (2)
 Representação gráfica da vida de
fadiga
 Representação tabular dos dados
estatísticos de fadiga
 Discretização da dispersão
- Cada bloco corresponde a uma seleção
de células
- Uma análise no domínio do tempo para
cada bloco.


DeepC : Resultados
 Plotagens XY para apresentação de séries temporais,
resposta, espectro, envelopes, etc., com exportação
para o MS Excel.
 Apresentação gráfica e relatório estatístico da vida útil
por fadiga.
 Animação de movimentos típicos e forças na
ancoragem e risers.
 Pós-processamento interno de respostas de
séries temporais (forças e deslocamentos) :
- Filtros passa-alta/passa-baixa
- Espectro de resposta
- Envelopes
- Cálculo de parâmetros estatísticos chave


Exemplo 1 : Análise Acoplada de FPSO em Turret
 Experiência / exemplos
 Efeitos típicos do acoplamento
 Efeitos do sistema

Norne

Modelo no DeepC


A Importância dos Efeitos do Acoplamento
Amortecimento do avanço
como função da profundidade

Deslocamento médio/dinâmico do
FPSO como função da profundidade

Dynamic

Mean (static)


Experiência da FPSO com Análise Acoplada
 Efeitos significativos de acoplamento  Experiências com a análise acoplada
identificados - Performance numérica estável.
- Carga da correnteza nas estruturas delgadas (até - Pode ser aplicado um modelo simplificado das
40% do total). estruturas delgadas.
- Tempo de computação = tempo real.
- Amortecimento de avanço em baixa frequência de
20-30% do crítico. - Aplicável nas análises do projeto.
- A modelagem é rápida para usuários
- Resposta na frequência de ondas não influenciada
experientes.
pelos efeitos de acoplamento.

 Efeitos do acoplamento fortemente
dependentes do sistema
- Número de risers e linhas de ancoragem (mais
amortecimento e forças de inércia).
A análise acoplada contribui
- Profundidade.
significativamente para o aumento
da confiabilidade da análise dos
 Efeitos de acoplamento dependentes da movimentos da FPSO
excitação
- Ondas e correnteza.
- Precisa ser estimado para a condição ambiente real.


Exemplo 2 : Análise Acoplada de SPAR
 Experiência / exemplos
 Efeitos típicos do acoplamento
 Efeitos do sistema


Tipos de SPAR
convencional truss

cell


Respostas Importantes da Análise Acoplada de SPAR
 Avanço/deriva, afundamento e balanço/caturro na frequência de onda
 Avanço/deriva, afundamento e balanço/caturro em baixa frequência
 Tensões das linhas de ancoragem
 Resposta dos risers
 Movimentos verticais em sistemas de risers suportados por bóias
(air-can)
 Golpe no tensionador para sistemas de risers verticais suportados
pela SPAR


Características dos Movimentos WF-LF da SPAR

O centro de rotação em LF fica no fairlead

Centro de rotação em WF


Movimento de Avanço – Acoplado/Desacoplado (1)

Movimentos na quillha do SPAR


Movimento de Avanço – Acoplado/Desacoplado (2)

Movimentos na linha d`água do SPAR


Efeitos do Acoplamento Casco/Estruturas Delgadas
Efeitos de acoplamento ; o tamanho influencia !

Hoover/Diana
(1460m) sobre o
centro de Houston


DeepC : Análise Acoplada de SPAR Clássica


DeepC : Análise Acoplada de SPAR Truss

Casco do SPAR

Linhas de ancoragem
(16)

Risers SCR
(2)

Risers tensionados
pelo topo
(15)


Esperiência na Análise Acoplada de SPAR
 Efeitos gerais do acoplamento  Efeitos de Acoplamento no Afundamento
- Padrão complexo do movimento WF/LF - Análise acoplada essencial, particularmente para
SSVR
- Dificuldade na calibração de modelos de análise
sem acoplamento - Desvio padrão reduzido por um fator de 2
quando comparado a análise sem acoplamento
- Efeitos significativos de acoplamento
identificados - Modelagem do atrito/deslizamento do contato
casco/riser é essencial
- Sensível à profundidade e condições ambientais
- Contribuição significativa de amortecimento pelo
- Efeitos de acoplamento identificados no
sistema de ancoragem, em particular para
movimento de afundamento em WF (em
sistemas convencionais amarra/cabo
particular em sistemas SSVR). Caso contrário
sem efeitos de acoplamento em WF
- Redução no desvio padrão em LF
 Experiências com a análise acoplada
Avanço – WL 10-20 % - Performance numérica estável.
Avanço – Quilha 10-35 %
- Pode ser aplicado um modelo simplificado das
estruturas delgadas.
Caturri 15-30 %
- Tempo de computação = tempo real.
- Aplicável nas análises do projeto.
- A modelagem é complexa mas rápida para
A análise acoplada é essencial para a usuários experientes.

análise de SPAR em águas profundas


DNV Offshore Codes : Hierarquia

OSS-302 Offshore Riser Systems
Especificações de Serviço

OS-F201 Dynamic Risers (steel)
Padrões Offshore

RP (titan, composite,
Práticas Recomendadas flexibles)

Operação

Construção

Projeto
Normas internacionalmente aceitas


Suporte às Normas e Práticas Recomendadas de Risers

DNV-OS-F201 Dynamic Risers DeepC – Análise Acoplada
Critérios de Projeto
AÇO
Filosofia de Projeto
Cargas
Análises

Práticas Recomendadas
DNV-RP-F204 Riser Fatigue,
DNV-RP-C204 Coupled Analyses
...
DeepC.Riser – Análise de Risers


DeepC
O DeepC completo consiste de :
Modelagem / entrada de dados
DeepC Concept Manager
Controle da análise

DeepC Analysis Engine Interface integrada entre o corpo flutuante e
SIMO os solvers FE para análise acoplada

DeepC Analysis Engine Solver integrado de elementos finitos (vigas
e pórticos) para análise acoplada de
RIFLEX riser/ancoragem
Pós-processamento especial para cálculo dos
DeepC Post-processing envelopes de espectro e estatísticas chave
Engine dos resultados das séries temporais
Avaliação de avaria por fadiga das linhas de
Fatigue (FLS) ancoragem e risers
Verificação ULS pelas regras DNV-FS-201
ULS code checks LRFD, WSD, Von Mises (API)

Extensões


DeepC.Riser
 Subconjunto do DeepC :
- Interface com usuário customizada.
- Modelagem de uma ou várias linhas.
 Movimento da embarcação independente da
linha :
- Funções de transferência lidas de arquivo (RAO
do Wadam ou séries temporais lidas de análise
acoplada existente).
 Análise no domínio do tempo :
- Somente Riflex (Simo não é utilizado).
 Ondas regulares :
- Em adição à ondas irregulares.
 Velocidade computacional :
- Análise de fadiga.
- VIV (vortex induced vibrations) extensão Vivana do Riflex.
- Cenários.


DeepC.Riser
O DeepC.Riser é um pacote consistindo de :

Modelagem / entrada de dados
DeepC.Riser GUI Controle da análise

DeepC Analysis Engine Solver integrado de elementos finitos (vigas
RIFLEX e pórticos) para análise de riser simples

Pós-processamento especial para cálculo dos
DeepC Post-processing envelopes de espectro e estatísticas chave
Engine dos resultados das séries temporais

Avaliação de avaria por fadiga das linhas de
Fatigue (FLS) ancoragem e risers

Verificação ULS pelas regras DNV-FS-201
ULS code checks LRFD, WSD, Von Mises (API)

Extensões

© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 59

DeepC : Sumário

 Eficiência computacional
 Performance numérica (estabilidade e robustez com relação ao sistema de modela-gem)
 Flexibilidade de modelagem, fácil acesso à modificações no sistema
 Pós-processamento eficiente (ULS/FLS)
 Recurso de verificação por normas (LRFD)
 A análise com acoplamento é essencial em águas profundas
 Extensivamente validado


“As the oil and gas fields get deeper, the installations of deepwater
platforms become more challenging. The coupling effects
between a floater and it’s moorings become more pronounced
and more important. Sesam is an excellent tool for analysing
the interaction between hull, moorings and risers.”
Andy Kyriakides, Project Manager, Modec International LLC.


Dúvidas
www.dnv.com.br

Salvaguardando a vida, a propriedade e o meio ambiente

João Henrique Volpini Mattos
Engenheiro Naval
DNV Software - Maritime & Offshore Solutions
Regional Sales Manager – South America
 joao.volpini@dnv.com
 +55 21 3722 7337
 +55 21 8132 8927


DeepC : Análise Acoplada de Risers e Umbilicais

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