Apresentação Sesam para Estruturas Flutuantes

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Apresentação da família Sesam com foco nos módulos utilizados na análise estrutural e hidrodinâmica de estruturas flutuantes

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  • 1. Sesam para Estruturas FlutuantesUm sistema integrado de análise estrutural e hidrodinâmicaJoão Henrique VOLPINI MattosEngenheiro NavalRegional Sales Manager - Maritime & Offshore Solutions (South America), DNV SoftwareJulho 2012
  • 2. Sesam – Uma História de Sucesso de 42 anos  Um sistema completo e orientado ao mercado, para ava- liação estrutural de navios e estruturas offshore.  Construído através de alianças estratégicas com organiza- ções chave e, P&D e fornecedores líderes de tecnologia.  Mais de 200 ogranizações globais utilizam o Sesam como sua ferramena preferencial para engenharia de estruturas offshore.  Sesam é utilizado para o projeto de plataformas fixas e flutuantes, de águas rasas a ultra-profundas em ambien- tes hostis.  Combina as melhores práticas de engenharia (processos de trabalho) com ferramentas para o projeto, análise estrutural e avaliação de integridade.  Sesam é utilizado para documentar a segurança da estru- tura, satisfazendo padrões de projeto, regulamentos esta- tutários e critérios de conforto, segurança e meio ambiente.  Suporta normas API/AISC (WSD & LRFD), Eurocode, ISO, Norsok, DS, CSR e DNV.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 2
  • 3. A Família Sesam (principais membros) Cutres Xtract GeniE Patran-Pre resultados seccionais apresentação e animação modelador conceitual modelador de uso geral Stofat Postresp Presel Submod fadiga de chapas/cascas resposta estatística montagem de superelementos submodelagem Platework Framework HydroD DeepC codecheck painéis codecheck vigas modelador hidrodinâmico modelador subsea Usfos Riflex Wadam Wasim colapso progressivo análise de risers ondas em unidades flutuantes ondas em embarcações Mimosa Digin Simo Installjac análise ancoragem análise âncoras operações marítimas lançamento de jaquetas Sestra Splice Wajac análise linear EF iteração c/ solo ondas em estruturas fixas© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 3
  • 4. Sesam para Estruturas Flutuantes (1)  Da modelagem à fadiga estocástica - Modelos de vigas e cascas. - Análise hidrostática incluindo verificação de estabilidade por várias normas. - Análise hidrodinâmica (linear e não linear). - Análise estrutural de tamanho ilimitado. - Code check de flambagem de chapas e vigas. - Análise de fadiga de cascas e reforços. - Análise de ancoragem. - Operações marítimas. - Projeto inicial de FPSOs. - Análise da região de carga e análise direta.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 4
  • 5. Sesam para Estruturas Flutuantes (2)  Tecnologia de ponta em hidrodinâmica  Combinada com avaliação - Domínio da frequência estrutural - Deflexões, tensões, code checking, fadiga GLview Plugin not installed. Press here to install plugin - Domínio do tempo (linear & não-linear) GLview Plugin not installed. Press here to install plugin© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 5
  • 6. Carga de Projeto x Análise Direta (1)  A análise direta aumenta o conhecimento sobre - Resistência limite (catástrofes) - Fadiga (poluição) - Diferentes condições ambientais - Vida útil da embarcação  As cargas de Regra nem sempre refletem a verdade - O cálculo direto nos leva a diferentes carregamentos - Examplos 2000000 150000 - Tensões limites 1500000 100000 [kNm] [kN] - Momento fleto e esforço cortante verticais 1000000 50000 500000 0 0 - Cargas de fadiga 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 - Pressão externa Momento Fletor Esforço Cortante Regra −−− Pressão Direta −−−© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 7
  • 7. Carga de Projeto x Análise Direta (2)  Baseado em Carga de Projeto  Análise Direta - Crie o modelo conceitual - Crie o modelo conceitual - Vigas, chapas, equipamentos, conteúdo - Vigas, chapas, equipamentos, conteúdo dos compartimentos dos compartimentos - Crie o modelo estrutural - Create o modelo de painéis - Cargas nos compartimentos - Massas nos compartimentos - Execute a análise - Análise hidrostática - Cargas explícitas - Análise hidrodinâmica - Avalie os resultados - Análise estrutural - Avaliações dos esforços, code checking - Pressões hidrostáticas e acelerações e fadiga baseada nas Regras (“fadiga - Avalie os resultados simplificada”) - Avaliações dos esforços, code checking - Refine a análise e fadiga estocástica - Crie detalhes locais de partes do modelo - Refine a análise global e re-execute a análise - Crie detalhes locais de partes do modelo global e re-execute a análise com a técnica de submodelagem - Avaliações dos esforços, code checking e fadiga estocástica - Análise de ancoragem e risers© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 8
  • 8. Carga de Projeto x Análise Direta (3)  Análise baseada em carga de projeto (Regra) - As cargas são definidas manualmente, incluindo aquelas da análise hidrostática ou hidrodinâmica. - Os efeitos de acelerações são modeladas com acelerações centrípetas (lineares) ou cargas - As cargas são frequentemente descritas nas notas de classe ou práticas recomendadas F = cargas estáticas - Limitado número de condições de carregamento + massa x aceleração  Análise direta - As cargas incluem as cargas hidrodinâmicas de pressão - As cargas incluem cargas de aceleração hidrodinâmica nas massas das estruturas, dos equipamentos e do conteúdo dos compartimentos - Muitas condições de carregamento, mas com maior confiabilidade  Para ambas as análises o mesmo modelo conceitual pode F = compartimento x aceleração ser utilizado + massa x aceleração + pressão hidrodinâmica - Ganhos significativos no tempo de modelagem© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 9
  • 9. Carga de Projeto x Análise Direta (4)  Onda de projeto ou estocástica ? GeniE HydroD Direct analysis Design wave Load transfer Load transfer Code check Code check Structural Structural post-processing post-processing Stochastic fatigue© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.
  • 10. Ferramentas Principais para Estruturas Flutuantes  GeniE para modelagem e análise estrutural, suportado por - Patran-Pre, Presel, Sestra, Xtract, Cutres, Submod, Stofat  HydroD para análise hidrostática e hidrodinâmica, suportado por - Wadam, Wasim, Postresp, Xtract  DeepC para instalação, ancoragem e análise de risers, suportado por - Mimosa, Simo, Riflex, Xtract© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 11
  • 11. GeniE Ferramenta para modelagem conceitual, geração das malhas, aplicação das cargas e apresentação dos resultados – Criação facilitada do modelo FEA a partir do modelo Nauticus. – Compartimentos gerados automaticamente pela estanqueidade das chapas. – Geração do carregamento incluindo 1A1, ULS e FLS. – Ferramentas poderosas de geração e controle da malha. Slide 12© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 12
  • 12. Importação & Exportação de Outros Sistemas  Importe modelos de outros sistemas - FEM - SACS - StruCad3D - StaadPro - Ansys - Strudl  Importe/exporte de CAD - DXF - Nurbs - SAT - PDMS (sdnf) - PDS (sdnf) - SmartPlant 3D (xml)  Importe biblioteca de seções© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 13
  • 13. Importação de NURBS  Modelagem mais rápida e precisa através da criação de modelos com um mínimo número de superfícies, levando a um melhor controle da malha.  Capacidade de importação completa de linhas de formato DXF com NURBS e do Rhino.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 14
  • 14. Partes Internas do Casco Podem ser Importadas  Detalhes do casco Modelo no Rhino3D Linhas no GeniE Malha no GeniE Superfícies no GeniE© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 15
  • 15. Importação do StaadPro  Suporta vigas, chapas, cargas e condições de contorno. - Um módulo separado cria o arquivo JS para importação no GeniE© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 16
  • 16. Importação do SACS  Sacs input file  Modelo importado no GeniE© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 17
  • 17. Um Só Modelo para Todas as Análises Análise da região de carga Escantilhões das seções Analise Hidrodinâmica Peso de aço Modelando a natureza conceitual de uma estrutura podemos derivar mais de um modelo a partir da mesma base Áreas e volumes FEA local Fadiga© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 18
  • 18. Um Completo Sistema Integrado O mesmo modelo conceitual é usado nas Hidrostática GZ-Curve 8 6 4 análises hidrostáticas, hidrodinâmicas e 2 0 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 Distance [m] estruturais -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Heel Angle [deg] GZ Z-Level Lowest Opening Hidrodinâmica Modelo de Painéis EstruturalModelo Conceitual Modelo de Elementos Finitos© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 19
  • 19. Exemplo da Modelagem Conceitual  Ajuste dinâmico do modelo e cargas dos equipamentos Modelo conceitual Modelo de análise Topologia (conectividade)© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 20
  • 20. Aplicações  Exemplos típicos : petroleiros, graneleiros, porta-containers, FPSOs, jaquetas, jackups, topsides, pontes, helidecks, instalações submarinas, guindastes e pedestais, etc.  Para estruturas fixas ao leito marítimo (jaquetas e jackups) as propriedades hidrodinâmicas e do solo fazem parte integral do modelo de análise© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 21
  • 21. Aplicações  Modelagem da região central – “3 porões” - Também típica para FPSO, Semisub, TLP, Spar....© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 22
  • 22. Aplicações  Jack-ups© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 23
  • 23. Aplicações  Modelos locais Juntas estruturais Pontões de semisub Detalhes de tanque© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 24
  • 24. Aplicações  Modelos globais (viga) e locais (casca) combinados Conexão rígida para acoplamento de nó de viga com todos os nós de chapa/casca na seção, usando dependência linear© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 25
  • 25. Patran-Pre Pré-processador de uso geral para geração da malha de elementos finitos.  Poderoso conjunto de ferramentas geométricas, além da importação de sistemas CAD.  Cargas aplicáveis ao modelo geométrico ou na malha.  Elementos de barra, casca ou sólidos.  Importação/exportação de dados do Abaqus.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 26
  • 26. Presel Utilizando a técnica de superelementos podemos reduzir em muito o tempo de cálculo e espaço em disco, ao mesmo tempo em que aumentamos a precisão da solução das matrizes. Com Presel podemos montar elementos (geometria e carregamento) criados no GeniE e/ou Patran-Pre para formar o modelo completo, sem termos que uni-los fisicamente em um único arquivo.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 27
  • 27. Submod Análise de detalhes ou partes de um modelo global, extraindo os desloca- mentos de uma análise global e os aplicando como deslocamentos forçados em um sub-modelo mais detalhado (muito usado em análise de fadiga). Sub-modelo para análise local Malha 0.5 m Modelo para análise global Malha 3 m© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 28
  • 28. Sestra Solver de uso geral para análise linear de estruturas por elementos finitos utilizando os modelos criados no GeniE, Patran-Pre ou Presel.  Análise estática e dinâmica.  Análise de super-elementos.  Vibração livre/forçada.  Flambagem linear.  Análise axi-simétrica. Sestra Análise estática Análise quase-estática Análise dinâmica Cargas complexas Métodos de redução Vibração Resposta forçada Direta Super-elementos Direta Super-elementos livre Domínio do tempo/frequência Slide 29© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 29
  • 29. Stofat Pós-processador para análise estocástica e iterativa de fadiga em chapas e cascas soldadas.  Avaliação da fadiga através de verificação dos pontos críticos (hot-spots).  Cálculo da avaria por fadiga baseado em curvas SN (API, DNV, NO, NS) e avaria parcial acumulada ponderada pelos estados de mar e direções de onda.  Correção de espessura e fatores de concentração de tensões.  Resultados no formato de fatores de utilização da fadiga. Plotagem do fator de utilização por fadiga Slide 30© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 30
  • 30. Xtract Pós-processador para visualização aperfeiçoada do modelo, resultados e criação de animações.  Poderosa interface gráfica, nos permi- tindo apresentar a geometria completa ou partes selecionadas, eixos locais, vistas deformadas e de vários ângulos.  Extensiva apresentação dos resultados, deslocamentos, forças, tensões, plota- gens de contorno, valores numéricos e vetores.  Varredura do modelo em busca das maiores tensões de Von Mises.  Identificação das combinações críticas de carregamento.  Animação dos deslocamentos e modos de vibração.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 31
  • 31. HydroD (1) Modelagem do ambiente e preparação dos dados para análise hidrostática e hidrodinâmica.  Criação dos modelos de painéis e de mas- sa (importados dos modelos de EF criados no GeniE).  Facilitadores para a entrada de dados mais complexos (ex.: amortecimento do balanço e modelos de casco duplo, modelos de Morrison, modelos de painéis, etc.).  Várias verificações de dados.  Auto-equilíbrio e cálculo das características hidrostáticas.  Front-end para Wadam (domínio da fre- quência) e Wasim (domínio do tempo).  Apresentação gráfica e tabular dos resul- tados.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 32
  • 32. HydroD (2) Análise de equilíbrio e estabilidade transversal feita por cálculo direto.  Estabilidade intacta e em avaria  Conteúdo dos tanques definidos como porcentagem de enchimento ou totalmende alagados. Auto-balancea- mento de tanques. Efeitos de superfície livre.  Relatórios de estabilidade : curva GZ, momentos, distância das aberturas à água, enchimento dos tanques, condi- ções de flutuação, etc. Slide 33© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 33
  • 33. Wadam Análise hidrodinâmica da iteração entre as ondas e a estrutura para corpos flutuantes estacionários. - Teoria 3D radiação-difração no modelo de painéis e equação de Morison no modelo de viga. - O modelo dual permite que ambos os métodos sejam utilizados simultaneamente. - Teoria de ondas de Airy. - Eeitos de segunda ordem . - Interação hidrodinâmica entre vários corpos independentes (15).  Resultados - Funções de transferência complexas ou como resultados deter- minísticos para fases específicas da onda. - Respostas globais incluindo movimentos de corpo rígido, forças seccionais e momentos. - Pressões e acelerações. - As cargas (pressões e acelerações do corpo rígido) são automa- ticamente utilizadas pela análise estrutural subsequente.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 34
  • 34. Wasim Análise hidrodinâmica de embarcações com velocidade não nula.  Teoria de radiação-refração 3D por Rankine e Morison.  Solução no domínio do tempo com transferência para o domínio da frequência.  Velocidade de avanço ilimitada (sem planagem).  Análise linear e não linear, com ondas de Stokes de 5ª ordem.  Formas arbitrárias de casco.  Água no convés. Elevação da onda. Sloshing.  Formulação de pressão de impacto.  Estado de mar irregular, regular ou calmo.© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 35
  • 35. Postresp Pós-processamento estatístico dos resultados hidrodinâmicos  No domínio da frequência – Funções de transferência – Estatísticas de curto e longo prazo – Espectro de ondas : Pierson-Moskovitsz , Jonswap, ISSC, Torsethaugen, Ochi-Hubble – Distribuições : Rayleigh, Rice, Weibull – Ondas longas ou cristas curtas – Fadiga espectral – Slamming  No domínio do tempo – Apresentação dos resultados em séries temporais – Transformações FFT – Valores extremos, ajuste por Weibull – Contagem de Rain-flow – Avaria por fadiga© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 36
  • 36. Alguns Usuários Sesam© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 37
  • 37. 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 Slide 38© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 38