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DeepC : Análise Acoplada de Risers e Umbilicais

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DNV software DeepC presentation. DeepC is intended to coupled hydrodynamic analysis of flexible slender bodies.

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  • 1. 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 / BrasilAgosto 2012
  • 2. 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
  • 3. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 3
  • 4. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 4
  • 5. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 5
  • 6. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 6
  • 7. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 7
  • 8. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 8
  • 9. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 9
  • 10. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 10
  • 11. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 11
  • 12. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 12
  • 13. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 13
  • 14. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 14
  • 15. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 15
  • 16. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 16
  • 17. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 17
  • 18. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 18
  • 19. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 19
  • 20. Execução Paralela  É possível executar várias análises em pararelo (max. 64). - Redução do tempo de processamento. - Licenças adicionais do Simo/Riflex podem ser necessárias.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 20
  • 21. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 21
  • 22. DeepC : Como Utilizar GeniE HydroD / Wadam DeepC / Riflex / SimoModelo: 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 22
  • 23. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 23
  • 24. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 24
  • 25. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 25
  • 26. DeepC/Wadam : Análise de Corpos Próximos (2) 224 m20 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 26
  • 27. DeepC/Wadam : Análise de Corpos Próximos (3) Multi-corpos Jogo Afundamento Corpo único Multi-corpos simplificado© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 27
  • 28. DeepC/Wadam : Análise de Corpos Próximos (4) [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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 28
  • 29. 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)© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 29
  • 30. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 30
  • 31. 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)© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 31
  • 32. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 32 Slide 32
  • 33. DeepC : Interface Menus e barra de ferramentas Dicas e barra de status Navegador Área de trabalho Interface de linha de comandos© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 33
  • 34. 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)© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 34
  • 35. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 35
  • 36. DeepC : Análise Pipe-in-pipe© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 36
  • 37. 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 RAOs 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 37
  • 38. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 38
  • 39. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 39
  • 40. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 40
  • 41. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 41
  • 42. Exemplo 1 : Análise Acoplada de FPSO em Turret  Experiência / exemplos  Efeitos típicos do acoplamento  Efeitos do sistema Norne Modelo no DeepC© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 42
  • 43. 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)© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 43
  • 44. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 44
  • 45. Exemplo 2 : Análise Acoplada de SPAR  Experiência / exemplos  Efeitos típicos do acoplamento  Efeitos do sistema© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 45
  • 46. Tipos de SPAR convencional truss cell© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 46
  • 47. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 47
  • 48. Características dos Movimentos WF-LF da SPAR O centro de rotação em LF fica no fairlead Centro de rotação em WF© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 48
  • 49. Movimento de Avanço – Acoplado/Desacoplado (1) Movimentos na quillha do SPAR© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 49
  • 50. Movimento de Avanço – Acoplado/Desacoplado (2) Movimentos na linha d`água do SPAR© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 50
  • 51. Efeitos do Acoplamento Casco/Estruturas Delgadas Efeitos de acoplamento ; o tamanho influencia ! Hoover/Diana (1460m) sobre o centro de Houston© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 51
  • 52. DeepC : Análise Acoplada de SPAR Clássica© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 52
  • 53. DeepC : Análise Acoplada de SPAR Truss Casco do SPAR Linhas de ancoragem (16) Risers SCR (2) Risers tensionados pelo topo (15)© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 53
  • 54. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 54
  • 55. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 55
  • 56. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 56
  • 57. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 57
  • 58. 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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 58
  • 59. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 59
  • 60. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 60
  • 61. “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.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 61
  • 62. Alguns Usuários DeepC© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 62
  • 63. 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© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 63