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Submitted by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2020-10-25T01:03:57Z No. of bitstreams: 1 VictorDeOliveiraPetrusLevy.pdf: 3257982 bytes, checksum: 695d6fdf5916283afb6658bb92f2470e (MD5) Made available in DSpace on 2020-10-25T01:03:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VictorDeOliveiraPetrusLevy.pdf: 3257982 bytes, checksum: 695d6fdf5916283afb6658bb92f2470e (MD5) Previous issue date: 2019-06 Nas últimas décadas, a busca por soluções de projeto para a geração de energia eólica vem crescendo e superando barreiras como a do mar. Alternativas de projeto como turbinas eólicas flutuantes que até o século passado eram desconhecidas, hoje já apresentam projetos maduros e em plena operação. O presente trabalho apresenta o projeto de uma turbina eólica offshore do tipo TLP, os critérios de projeto e as análises pertinentes para a verificação do projeto de acordo com critérios pré-estabelecidos. A estrutura do tipo TLP é composto por três pontoons e uma coluna central e a turbina eólica objeto de análise é a DTU com capacidade instalada de 10 MW. Para as análises hidrodinâmicas da turbina eólica offshore, o software Ansys AQWA foi utilizado e para as análises aerodinâmicas o software Aerodyn do NREL foi utilizado. Avaliando o atendimento aos critérios a partir dos resultados das diversas análises realizadas, foi possível obter um melhor entendimento do comportamento global de uma turbina eólica offshore do tipo TLP para os cenários ambientais propostos. On the last decades the research of design solutions for wind energy generation systems have been growing and former barriers such as the sea have been broken. Design alternatives such as offshore wind turbines that until the end of last century were not known, today provide an array of mature projects that are in full operation. The current work presents the design of a floating offshore wind turbine supported by an TLP floating structure, the design criteria and the associated analysis the verify those criteria. The TLP floating structure is composed of three pontoons and on main column, the wind turbine selected for the design is the DTU 10MW turbine. For the hydrodynamic analysis the Ansys AQWA software have been considered and for the aerodynamics analysis the Aerodyn software from NREL has been used. Assessing the pre-established design criteria compliance through the results of the various analyses performed, it was possible to obtain a deeper understanding of the global behavior of a TLP type floating offshore wind turbine for the environmental cases proposed.

Submitted by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2020-10-24T22:54:42Z No. of bitstreams: 1 XiaotianLi.pdf: 3793872 bytes, checksum: 3c9ce98b2531ff60648c71a8cfedb62e (MD5) Made available in DSpace on 2020-10-24T22:54:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 XiaotianLi.pdf: 3793872 bytes, checksum: 3c9ce98b2531ff60648c71a8cfedb62e (MD5) Previous issue date: 2019-06 A indústria offshore de petróleo e gás é confrontada com a questão da instabilidade lateral dos arames das armaduras de tração de dutos flexíveis por mais de duas décadas. A presente tese tem por objetivo investigar teórica e experimentalmente o mecanismo subjacente da instabilidade lateral dos arames das armaduras de tração. Um modelo analítico é desenvolvido para descrever a deflexão dos arames das armaduras de tração de um duto flexível submetido a uma carga compressiva axial constante associada à flexão cíclica. Este modelo é capaz de avaliar a trajetória de equilíbrio do arame das armaduras de tração após múltiplos ciclos de flexão em estados estáveis, bem como estimar a carga compressiva axial crítica que pode causar a instabilidade lateral das armaduras de tração. Dois dutos flexíveis são ensaiados numa câmara hiperbárica aplicando alta pressão hidrostática associada a múltiplos ciclos de flexão. Os dados obtidos dos testes, bem como os disponíveis na literatura, são comparados com o limite de estabilidade lateral das armaduras de tração estimado pelo presente modelo analítico, mostrando excelente concordância. Além disso, algumas sugestões úteis para melhorar o projeto do tubo flexível contra a instabilidade lateral das armaduras de tração são apresentadas. The offshore oil and gas industry has been confronted with the issue of armor wire lateral instability in unbonded flexible pipes for over two decades. The objective of the present thesis is by theoretical as well as experimental means to investigate the underlying mechanism of the armor wire lateral instability. Analytical model is developed to describe the armor wire deflection in a flexible pipe subjected to a constant axial compressive load combined to cyclic bending. This model is capable of evaluating the equilibrium path of the armor wire after numerous bending cycles in stable states, as well as estimating the critical axial compressive load that may cause the armor wire lateral instability failure. Two flexible pipes are tested in a hyperbaric chamber applying high hydrostatic pressure combined to numerous bending cycles. The obtained test data, as well as that available in the literature, is compared with the armor wire lateral stability limit estimated by the present analytical model, showing excellent agreement. Also, some useful suggestions for improving the flexible pipe design against the armor wire lateral instability are presented.

Submitted by Taís Silva (taismoreira001@gmail.com) on 2021-01-25T12:56:34Z No. of bitstreams: 1 RicardoNunesDeSouza.pdf: 5346389 bytes, checksum: b7c6e710c6a40bcd6be4fd812a7b3a4f (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-02-10T18:54:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RicardoNunesDeSouza.pdf: 5346389 bytes, checksum: b7c6e710c6a40bcd6be4fd812a7b3a4f (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-10T18:54:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RicardoNunesDeSouza.pdf: 5346389 bytes, checksum: b7c6e710c6a40bcd6be4fd812a7b3a4f (MD5) Previous issue date: 2019-04 Impulsionado pelo aumento constante da demanda de energia elétrica e pela busca de uma matriz energética limpa e eficaz, a utilização do potencial das energias renováveis, dentre elas a energia eólica, vêm apresentando uma evolução crescente nas últimas décadas. A indústria eólica está seguindo um novo rumo e iniciando a exploração do potencial eólico no mar. Devido ao grande potencial estimado para a geração de energia através dos ventos marinhos, a transição das turbinas eólicas onshore para offshore virou motivo de pesquisa no mundo todo. Com base nisto, o presente estudo se dedica à modelagem e a realização de análises dinâmicas de um sistema offshore acoplado, constituído por uma unidade flutuante do tipo spar-buoy, uma turbina eólica com potencial instalado de 5MW e três linhas de ancoragem dispostas em catenária em lâmina d’água de 320 metros. O estudo de fadiga foi realizado apenas paras as linhas de ancoragem considerando onze diferentes estados de mar unidirecionais. A modelagem e análises dinâmicas foram realizadas através da interface SIMA-SESAM e dos softwares RIFLEX e SIMO. Os resultados obtidos englobam diferentes condições ambientais e atestam que a turbina, perante a velocidade de vento nominal, opera normalmente. As frequências naturais, importantes para a calibração do modelo, foram obtidas por diferentes métodos. Driven by the constant increase in the demand for electric energy and the search for a clean and efficient energy matrix, the use of the potential of renewable energies, among them wind energy, has been increasing in the last decades. The wind industry is taking a new turn and starting exploration of offshore wind potential. Due to the great potential for wind power generation, the transition from onshore to offshore wind turbines has become a worldwide focus. Based on this, the present study is dedicated to the modeling and dynamic analysis of a coupled offshore system, consisting of a spar-buoy floating unit, a 5MW installed potential wind turbine and three catenary anchor lines in water depth of 320 meters. The fatigue study was performed only for the anchor lines considering eleven different unidirectional sea states. Dynamic modeling and analysis were performed through the SIMA-SESAM interface and the RIFLEX and SIMO softwares. The results obtained encompass different environmental conditions, and attest that the turbine, before the nominal wind speed, operates normally. The natural frequencies, important for the calibration of the model, were obtained by different methods.

Submitted by Taís Silva (taismoreira001@gmail.com) on 2021-01-30T18:51:28Z No. of bitstreams: 1 GabrielNogueira.pdf: 4025494 bytes, checksum: 217a06530dd056ba21c306b59094e3f0 (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-04-05T01:21:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 GabrielNogueira.pdf: 4025494 bytes, checksum: 217a06530dd056ba21c306b59094e3f0 (MD5) Made available in DSpace on 2021-04-05T01:21:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GabrielNogueira.pdf: 4025494 bytes, checksum: 217a06530dd056ba21c306b59094e3f0 (MD5) Previous issue date: 2019-03 Seguindo uma tendência mundial de se transitarem as turbinas eólicas da terra para o mar, o trabalho em questão insere modelos padrões usados pelo meio acadêmico de turbinas eólicas de 5 e 10 MW no ambiente brasileiro sendo sustentados por fundações fixas do tipo monopile. Após validados através de análises das frequências naturais e dos carregamentos aerodinâmicos experimentados pela estrutura, os modelos construídos no software SIMA-RIFLEX são submetidos a cargas extremas de vento, onda e corrente para determinação de um ponto crítico na fundação, onde se planeja estudar a sensibilidade do dano devido à fadiga. Para este estudo, criaram-se casos nos quais se representaram as ondas do mar pelo espectro de Jonswap ou pelo de PiersonMoskowitz e para um vento dotado ou não de parcela dinâmica. A fadiga foi contabilizada através do dano calculado pela regra de Palmgren-Miner em associação com as curvas S-N fornecidas pela DNV e com a contagem dos ciclos solicitantes realizada pelo método rainflow sobre as séries temporais de tensão. O estudo da sensibilidade do dano comprovou a importância da parcela dinâmica do vento na vida útil da estrutura que se reduziu em, pelo menos, uma ordem de grandeza quando considerada. Além disso, a turbina de 10 MW apresentou melhores resultados na vida útil do que a de 5 MW graças as suas características geométricas mais robustas. Following a worldwide trend of moving the wind turbines from land to sea, this work inserts standard models used by the academy of 5 and 10MW wind turbines in the Brazilian environment being supported by fixed foundations of the monopile type. After validated through analyzes of the natural frequencies and the aerodynamic loads experienced by the structure, the models built in the SIMA-RIFLEX software are subjected to extreme loads of wind, wave and current to determine a critical point in the foundation, where a sensitivity study of the damage due to fatigue is planned to be done. For this study, cases in which the waves of the sea are represented by either the Jonswap or the Pierson-Moskowitz spectrum and for a wind with or without a dynamic component are created. Fatigue was assessed through the damage calculated by the Palmgren-Miner rule in association with the S-N curves provided by DNV and the rainflow counting method for the extraction of the requesting cycles from stress time series. The damage sensitivity study showed the importance of the dynamic component of the wind in the structure’s lifetime, which was reduced by at least one order of magnitude when considered. In addition, the 10 MW turbine delivered better life results than the 5 MW thanks to its more robust geometric characteristics.

Submitted by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-04-05T17:43:28Z No. of bitstreams: 1 LuanyGomesDantas-min.pdf: 6386505 bytes, checksum: dcd212db55bbf71ed321149d932115f8 (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-04-05T17:43:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LuanyGomesDantas-min.pdf: 6386505 bytes, checksum: dcd212db55bbf71ed321149d932115f8 (MD5) Made available in DSpace on 2021-04-05T17:43:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LuanyGomesDantas-min.pdf: 6386505 bytes, checksum: dcd212db55bbf71ed321149d932115f8 (MD5) Previous issue date: 2019-03 Nos últimos anos, a preocupação com a diminuição da emissão de carbono no cenário do mercado mundial de energia vem impulsionando a exploração de fontes renováveis de energia. A indústria eólica se desenvolveu muito rápido, passando de onshore para offshore em águas rasas e tendências mais recentes apontam para turbinas em águas mais profundas. Este trabalho apresenta o projeto de uma turbina eólica offshore do tipo semissubmersível (nomeado, OC4 DeepCWind Phase II), proposta pela NREL, com estudo de estabilidade estática no MAXSURF e análise dinâmica acoplada no SIMA, que utiliza o código SIMO-RIFLEX, para estudo de movimento de corpo rígido, análise da frequência natural e melhoria do sistema de ancoragem. Este modelo é uma plataforma semissubmersível de três colunas laterais e uma coluna central sustentando uma turbina eólica de 5 MW com 3 linhas de ancoragem formando ângulos de 120° entre elas. Para a análise acoplada é proposto um método de modelagem que possibilita a análise do conjunto no domínio do tempo, considerando as colunas da unidade flutuante como um corpo rígido conectados por braces e pontoons modelados como elemento esbelto flexível. Pás, torre e amarração também são modelados como elemento esbelto. In recent years, the concerns about global energy to avoid severe impacts on climate change has been driving the exploration of renewable energy sources. The wind industry has developed very fast, moving from onshore to offshore in shallow water and more recent trends point to turbines in deeper waters. This work presents the design of a semi - submersible offshore wind turbine (named, OC4 DeepCWind Phase II), proposed by NREL, with a static stability study in the MAXSURF and coupled dynamic analysis in SIMA with SIMO-RIFLEX code, to study the rigid body movements, natural frequency and mooring improvement. This model is a semi-submersible of three offsets columns and a central column supporting a 5 MW wind turbine with 3 mooring lines forming angles of 120° between them. For the coupled analysis it is proposed a modeling method that allows the analysis of the system in the time domain, considering the columns of the floating unit as a rigid body connected by braces and pontoons modeled as flexible slender element. Blades, tower and mooring are also modeled as slender element.

Submitted by Taís Silva (taismoreira001@gmail.com) on 2021-01-30T19:05:08Z No. of bitstreams: 1 GuilhermeKronembergerLopes.pdf: 3888778 bytes, checksum: e3e855f1f1cc8b1c2e910021a175bd0c (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-04-05T01:22:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 GuilhermeKronembergerLopes.pdf: 3888778 bytes, checksum: e3e855f1f1cc8b1c2e910021a175bd0c (MD5) Made available in DSpace on 2021-04-05T01:22:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GuilhermeKronembergerLopes.pdf: 3888778 bytes, checksum: e3e855f1f1cc8b1c2e910021a175bd0c (MD5) Previous issue date: 2019-03 O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia numérica para análise e projeto de âncoras torpedo para sistemas flutuantes offshore considerando efeitos de setup. A perturbação causada na estrutura do solo durante a instalação deste tipo de âncora induz à formação de um excesso de poro-pressões no solo que a circunda, levando a uma redução da capacidade de carga da âncora. À medida que essas poro-pressões se dissipam ao longo do tempo, porém, a capacidade de carga da âncora é recuperada. A esse processo de recuperação dá-se o nome de setup. A metodologia adotada baseia-se no método dos elementos finitos, utilizando elementos sólidos isoparamétricos axissimétricos para a representação da âncora e do solo. A interface solo-âncora é simulada por meio da discretização de contato superfíciesuperfície, usando propriedades de contato do tipo penalidade. O estado de tensões iniciais do solo é simulado através do Método da Expansão de Cavidade cilíndrica. Através do estudo paramétrico conduzido constatou-se que os parâmetros de permeabilidade e resistência não drenada do solo apresentam grande importância no processo de setup. Adicionalmente, os resultados foram comparados com algumas metodologias analíticas de previsão de capacidade de carga para verificação do método proposto apresentando razoável concordância. The aim of this work is to develop a methodology of analysis and design of torpedo anchors for floating structures mooring systems considering setup effects. Soil disturbance caused by the anchor installation induces an excess of pore pressure generation around the anchor, leading to a loss on its holding capacity. As the excess pore pressure dissipates over time, though, the anchor’s holding capacity is observed to be recovered. This process is known as setup. The methodology is based on the finite element method by using axisymmetric isoparametric solid elements for soil and anchor representation. The soil-anchor interface is simulated by using surface-to-surface contact discretization with penalty type contact properties. Initial soil stress state is modeled by the cylindrical Cavity Expansion Method. Over the parametric study performed it was stated that soil permeability and undrained shear strength plays important role in setup process. Additionally, the results obtained were compared to some analytical methodologies for prediction of holding capacity to verify the proposed method with reasonable agreement.

Submitted by Taís Silva (taismoreira001@gmail.com) on 2021-01-28T04:02:00Z No. of bitstreams: 1 FellipeAraujoGomes.pdf: 7946648 bytes, checksum: 3ebde2c6da2434c9fc8a85946d2482b8 (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-04-05T01:02:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FellipeAraujoGomes.pdf: 7946648 bytes, checksum: 3ebde2c6da2434c9fc8a85946d2482b8 (MD5) Made available in DSpace on 2021-04-05T01:02:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FellipeAraujoGomes.pdf: 7946648 bytes, checksum: 3ebde2c6da2434c9fc8a85946d2482b8 (MD5) Previous issue date: 2019-03 Uma das regiões críticas de uma Turbina Eólica Offshore (TEO) é a conexão estrutural entre a superestrutura e sua fundação. Essa conexão é comumente realizada através de uma junta cilíndrica grauteada com concreto de alta resistência, formada pela sobreposição de uma peça de transição metálica, que transfere os esforços para a fundação através do graute. Nesse trabalho, avalia-se o dano à fadiga de uma fundação tipo monopile assentada em solos coesivo e não coesivo empregando-se o software SIMA-RIFLEX e considerando a região de conexão. A interação solo-estrutura é simulada a partir de curvas p-y propostas pela ANSI/API-RP-2GEO (2011) e DNVGLST-0126 (2016). O dano à fadiga é analisado em diferentes regiões da monopile e do graute considerando dois tipos de conexões: cônica e tubular com conector de cisalhamento. Além disso, nessas análises, consideraram-se diferentes tipos de solo e condições ambientais similares ao da costa brasileira. Na conexão grauteada, observouse que a tensão média e o número de conectores influenciam na resistência do graute, com maiores danos presentes nas conexões cônicas. A região crítica da monopile em solos arenosos foi identificada 6,5 m abaixo do leito marinho, independentemente do ângulo de atrito. Para o solo coesivo, a região crítica variou entre 6,5 e 18,5 m abaixo do leito marinho dependendo da resistência não drenada considerada. Tanto para o graute quanto para a junta soldada, os maiores danos ocorrem na situação não operacional, devido à ausência do amortecimento aerodinâmico, sendo mais notório em solos argilosos com resistência não drenada igual a 10kPa. One of the critical regions of an Offshore Wind Turbine (OWT) is the structural connection between the superstructure and its foundation. This connection is commonly peformed through a metal cylindrical joint filled with high strength concrete, made by the overlapping of a metal transition piece, which transfers the stresses to the foundation through the grout. In this work, the fatigue damage of a monopile foundation based on cohesive and non-cohesive soils is evaluated using the SIMA-RIFLEX software and focusing on the connection region. The soil-structure interaction is simulated applying p-y curves proposed by ANSI/API-RP-2GEO (2011) and DNVGL-ST-0126 (2016). Fatigue damage is analyzed in different regions of the monopile and grout evaluating two types of connections: conical and tubular with shear key. Moreover, in these analyzes, different types of soil and environmental conditions similar to the Brazilian coast were considered. In the grouted connection, it was observed that the mean stress and the number of shear keys influence the capacity of the grout, with greater damages present in the conical connections. The critical region of the monopile in sandy soils was identified 6.5 m below the seabed, regardless the angle of friction. For cohesive soils, the critical region varied between 6.5 and 18.5 m below the seabed depending on the undrained resistance value. For both grout and welded joints, the greatest damage occurs in the non-operational situation, due to the absence of aerodynamic damping, being more noticeable in clayey soils with undrained resistance equal to 10 kPa.

Submitted by Daniele Fonseca (daniele@ct.ufrj.br) on 2020-07-10T12:55:02Z No. of bitstreams: 1 NathaliaFrancaDeAzevedo-min.pdf: 4313031 bytes, checksum: fbf33366a3a8f3d7624b42c93b14b6c9 (MD5) Made available in DSpace on 2020-07-10T12:55:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NathaliaFrancaDeAzevedo-min.pdf: 4313031 bytes, checksum: fbf33366a3a8f3d7624b42c93b14b6c9 (MD5) Previous issue date: 2018-12 Dutos submarinos flexíveis de transporte de hidrocarbonetos são compostos por uma estrutura multicamadas, em que cada camada desliza de forma independente, gerando uma interação complexa. Ao longo de sua operação, tais estruturas estão sujeitas a diversos modos de falha, podendo gerar acidentes com resultados catastróficos. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento estrutural limite da carcaça intertravada sob carregamento axial trativo. Este modo de falha ainda é pouco conhecido pela indústria e com algumas ocorrências em aplicações de alta pressão e alta temperatura. O mecanismo de falha da carcaça por carregamento axial é o destravamento do seu perfil intertravado num processo de deformação elastoplástica, sendo fortemente influenciado pela geometria da estrutura e pelo material utilizado na sua fabricação. Foram desenvolvidos modelos numéricos e métodos experimentais com amostras de dutos comerciais retirados de operação para melhor compreender o fenômeno e determinar a capacidade da estrutura de resistir a essa solicitação. Flexible subsea pipes for hydrocarbon transport are multi-layered structures, where each layer moves independently, in a complex interaction. Through the operation period, these structures can be subjected to many failure modes, resulting in accidents with catastrophic consequences. The objective of this work is to study the structural behaviour of the interlocked carcass under tensile axial load. This failure mode is still little known by the industry, with few occurrences in high pressure/high temperature applications. The carcass failure mechanism under axial load is the unlocking of the interlocked profile, in a process of elastoplastic deformation substantially influenced by the structure’s geometry and by the material used in fabrication. Numerical models and experimental methods were developed, using commercial pipe samples taken out from operation, in order to better understand the problem and to determine the structure capacity to resist to such loading condition.

Submitted by Taís Silva (taismoreira001@gmail.com) on 2021-01-27T04:28:35Z No. of bitstreams: 1 AaronAmonoMatala.pdf: 2911607 bytes, checksum: 0a1c2d77e9d10e8b5d2f93c36da03bed (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-02-12T00:34:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AaronAmonoMatala.pdf: 2911607 bytes, checksum: 0a1c2d77e9d10e8b5d2f93c36da03bed (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-12T00:34:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AaronAmonoMatala.pdf: 2911607 bytes, checksum: 0a1c2d77e9d10e8b5d2f93c36da03bed (MD5) Previous issue date: 2018-11 Os Risers de perfuração offshore, estruturas tubulares de ligação entre os poços e a unidade flutuante, são afetados pelo aumento da lâmina d’água, tendo em vista a baixa relação entre os seus diâmetros e os seus comprimentos totais. A ocorrência de Vibrações Induzidas por Vórtices (VIV) nestas estruturas é um fenômeno que pode causar problemas no funcionamento, na produtividade e pode até ocasionar a ruptura da estrutura por fadiga. Durante a operação, os Risers são submetidos a elevados carregamentos estáticos e dinâmicos. Neste sentido, o presente trabalho apresenta resultados da contribuição de alguns parâmetros da análise de VIV na resistência à fadiga desses Risers, considerando toda a sua extensão. Busca-se, assim, a determinação do ponto crítico para predição da fadiga considerando o modelo Riser/BOP/Poço e compreender o comportamento dos modelos desenvolvidos e propor melhorias futuras. Offshore drilling risers, which are tubular connecting structures between wells and floating units, are affected by the increase in water depth due to the low relation between their diameters and total lengths. The occurrence of Vortex Induced Vibrations (VIV) in these structures is a phenomenon that can cause problems in their functioning and productivity and can even cause the fatigue rupture of these structures. During operation, these Risers are subjected to high static and dynamic loads. In this scenario, the present work presents results of the contribution of some parameters of the VIV analysis in the fatigue resistance of a drilling Riser, considering its whole length. Thus, the determination of the critical point for fatigue prediction considering the Riser / BOP / Well model as well as the understanding of the behavior of the developed models and are sought. Possible improvements of the model are also indicated.

Submitted by Christianne Fontes de Andrade (cfontes@ct.ufrj.br) on 2020-03-31T00:16:14Z No. of bitstreams: 1 886832.pdf: 2122452 bytes, checksum: 9a8b4e28e34e4458e0dc9c96eb546104 (MD5) Made available in DSpace on 2020-03-31T00:16:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 886832.pdf: 2122452 bytes, checksum: 9a8b4e28e34e4458e0dc9c96eb546104 (MD5) Previous issue date: 2018-10 Este trabalho apresenta uma análise de flambagem em painéis enrijecidos utilizados em estruturas offshore tipo FPSO (unidade flutuante de produção, armazenamento e transferência). A região analisada encontra-se no costado de boreste, um dos locais de maior solicitação da estrutura. Considerando as exigências das sociedades classificadoras, um painel, inicialmente íntegro, teve sua espessura reduzida ao valor mínimo permitido pela regra e, a partir dessa espessura, foi avaliada a integridade da estrutura. A análise teve continuidade com a redução das espessuras para valores abaixo do valor mínimo permitido e com a variação dos espaçamentos dos reforçadores. Após as análises, foram diagnosticados os tipos de falha que ocorreram nos painéis estudados. A análise foi realizada com auxílio da fase ISE, do programa FPSO Eagle, desenvolvido pelo ABS e pelo Método dos Elementos Finitos, com auxílio da fase TSA do programa FPSO Eagle, do NASTRAN e do FEMAP. Os resultados obtidos comprovam que quando todos os critérios do método prescritivo são atendidos a estrutura é de fato confiável. No entanto a análise de elementos finitos se mostrou muito eficaz considerando a necessidade de uma reavaliação estrutural, provando que em alguns casos é possível reduzir a espessura sem comprometer a integridade da mesma. This work presents a buckling analysis in stiffened panels, used in offshore structures type FPSO (floating unit of production, storage and offloading). The region analyzed is located on the starboard side, one of the most demanding locations of the structure. Considering the requirements of the classification societies, a panel, initially intact, had its thickness reduced to the minimum allowed by the rule and from that thickness the integrity of the structure was evaluated. The analysis had continuity with the reduction of the thicknesses to values below the minimum allowed and with the variation of the spacing of the stiffeners. After the analysis were diagnosed the types of failure that occurred in the studied panels. The analysis was performed with the support of the FPSO Eagle ISE phase, developed by the ABS and Finite Element Method, with the support of the TSA phase of the FPSO Eagle program, NASTRAN and FEMAP The results obtained prove that when all the criteria of the prescriptive method are met the structure is indeed reliable. However, the analysis of finite elements proved to be very effective considering the need for a structural reassessment, proving that in some cases it is possible to reduce the thickness without compromising the integrity of the same.

Submitted by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2020-03-06T12:38:27Z No. of bitstreams: 1 GabrielMattosGonzalez.pdf: 8003539 bytes, checksum: 46c65a340390b56c34dfb5714d9d2ddb (MD5) Made available in DSpace on 2020-03-06T12:38:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GabrielMattosGonzalez.pdf: 8003539 bytes, checksum: 46c65a340390b56c34dfb5714d9d2ddb (MD5) Previous issue date: 2018-10 A flambagem lateral dos arames das armaduras de tração de dutos flexíveis é um fenômeno relativamente novo, data aproximadamente do fim da década de 1990. Tanto as abordagens experimentais quanto as abordagens teóricas, não parecem chegar a consensos quanto a: a influência do atrito, os modos de flambagem, o motivo das discrepâncias dos resultados experimentais de campo e de laboratório, etc. O presente trabalho objetiva o estudo sistemático da instabilidade lateral mediante a aplicação dos conceitos desenvolvidos pela Teoria da Estabilidade Elástica, proposta por Koiter em 1945. Propõe-se um elemento finito para a representação do comportamento mecânico dos arames da armadura de tração assentados sobre fundações elásticas, as quais têm por função representar as forças de atrito e as ações das camadas circundantes às armaduras. Buscou-se jogar luz sobre as principais incongruências mencionadas, bem como qualificar os pontos críticos e seus caminhos secundários. Além desse modelo numérico de investigação, é proposta uma formulação analítica, obtida por meio de regressão simbólica, realizada pelo software EUREQA®, a qual bem representasse a influência do atrito nas cargas críticas obtidas pelo modelo numérico. The lateral buckling of the flexible pipes tensile armor wires is a relatively new phenomenon dating from the late 1990’s. Both experimental and theoretical approaches do not seem to reach consensus on: the influence of friction, the modes of buckling, the reason for the discrepancies of the experimental results of field and laboratory, etc. The present work aims at the systematic study of lateral instability through the application of concepts developed by the Elastic Stability Theory, proposed by Koiter in 1945. A finite element is proposed for the representation of the mechanical behavior of tensile armor wires settled on elastic foundations, which has the function of representing the frictional forces and the actions of the pipe surrounding layers. It was tried to shed light on the main incongruities mentioned, as well as to qualify the critical points and their secondary paths. In addition to this numerical research model, it is proposed an analytical formulation, obtained by means of symbolic regression, performed by EUREQA® software, which well represents the influence of friction on the critical loads obtained by the numerical model.

Submitted by Daniele Fonseca (daniele@ct.ufrj.br) on 2020-07-17T13:00:54Z No. of bitstreams: 1 JoabFlavioAraujoLeao-min.pdf: 4032497 bytes, checksum: 175fe7b740cb7923cfacb45ed8500f53 (MD5) Made available in DSpace on 2020-07-17T13:00:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoabFlavioAraujoLeao-min.pdf: 4032497 bytes, checksum: 175fe7b740cb7923cfacb45ed8500f53 (MD5) Previous issue date: 2018-09 Esta pesquisa dedica-se a investigar, num primeiro momento, modelos analíticos para cálculo de tensões nos tendões das armaduras de tração de um duto flexível de camadas não aderentes sob carregamentos axissimétricos e de flexão considerando a mudança do material das armaduras de aço carbono para compósito com reforços unidirecionais. Embora mantida as características geométricas das armaduras helicoidais, a mudança de material proporciona modificações nas equações analíticas para cálculo de tensões. O segundo aspecto investigado são os diferentes critérios de falhas propostos na literatura para detecção de falha no compósito. O compósito, devido a sua forma constitutiva, apresenta complexos mecanismos de falha e os diversos critérios desenvolvidos tentam identificar o dano levando em conta determinado mecanismos de falha em detrimento a outros. Num cenário de aplicação de um duto flexível numa lâmina d’água de 3000 m, os carregamentos estimados para o riser são utilizados para cálculo de tensão no compósito e verificação de falha em cada critério. This research investigates, in the first moment, analytical models to calculate the stresses in tensile armors of unbonded flexible pipe under axisymmetric and flexure loading considering material changes from carbon steel to unidirectional carbon-fiber composite. Although considering same geometric characteristic of helical armours, the material changes generate modifications in analytical equations for stresses calculation. Second aspects investigated are different failures criteria present on literature for damage detection in composite material. Composites, due its constitutive form, develop complex failure mechanisms and the several criteria try to identify damage considering some mechanisms, disregarding others. Considering a flexible pipe application in 3000 m of deep-water, the loading estimated for riser section are used to calculate stress on composite material (present on tensile armour) and verify failure detection for each criteria.

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-04-26T13:01:35Z No. of bitstreams: 1 864944.pdf: 1540611 bytes, checksum: 2b68aed37407bc1cc5faea74a4dafe19 (MD5) Made available in DSpace on 2019-04-26T13:01:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 864944.pdf: 1540611 bytes, checksum: 2b68aed37407bc1cc5faea74a4dafe19 (MD5) Previous issue date: 2017-10 As estatísticas indicam que a avaria mais frequente em dutos flexíveis é o dano na capa externa. Consequências comuns deste tipo de avaria são a perda de estanqueidade ou ruptura da capa, alagamento do espaço anular e corrosão marinha nas armaduras de tração. A avaliação de integridade neste tipo de ocorrência normalmente limita-se a uma reavaliação da vida à fadiga considerando as novas condições do anular, eventualmente extrapolando, de forma conservadora, algum dano nas armaduras. O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia de cálculo capaz de avaliar os impactos de um dano na capa externa para a vida do duto que considere as alterações ao longo do tempo causadas pela corrosão, tanto nas tensões desenvolvidas nas armaduras de tração, quanto nas curvas de fadiga utilizadas. Foram criados i) um modelo para cálculo dos concentradores de tensão ao longo do tempo com base em corrosão uniforme, ii) um conjunto de critérios para seleção de curvas S-N baseados na inferência do ambiente do espaço anular e no estado de degradação superficial das armaduras de tração a partir dos dados de corrosão e iii) um modelo de pré-processamento dos casos de carregamento na análise local para otimizar o custo computacional no reprocessamento do cálculo de fadiga a cada iteração. A partir destes modelos, desenvolveu-se metodologia que discretiza o período de análise, gera os concentradores de tensão e seleciona as curvas de fadiga nos intervalos discretos, realiza a pré-análise local dos casos de carregamento e calcula o dano por fadiga ao longo do tempo. A partir do histórico de dano acumulado, é definida a vida à fadiga ou a vida remanescente além do período analisado. Statistics show that the most frequent damage type in flexible pipe is the outer sheath damage. Typical consequences are sheath rupture, annulus flooding and tensile armours corrosion by seawater. Integrity assessment in this type of occurrence is usually limited to a reassessment of the fatigue life considering the new annulus conditions, possibly conservatively estimating some armour damage. The objective of this work is to develop a methodology capable of assessing the sheath damage impact in the riser fatigue life considering armour corrosion, the associated stress concentration factors and S-N fatigue curves. It was devised i) a stress concentration model based on uniform corrosion, ii) a fatigue curve selection criteria with annular conditions and armour surface deterioration inferred from corrosion data and iii) a loading case pre-processing model to optimize local analysis computational cost in each fatigue assessment iteration. From those models, a methodology was devised to discretize the analysis interval, calculate the stress concentration factors and select the fatigue curves, run the cases local pre-analysis and, finally, calculate the fatigue damage through time. From the accumulated fatigue damage history, fatigue life or the remaining life are determined.

Submitted by Christianne Fontes de Andrade (cfontes@ct.ufrj.br) on 2019-10-18T17:38:02Z No. of bitstreams: 1 883055.pdf: 4982632 bytes, checksum: 1ce4993006f5a7978aa062cb948bcdfa (MD5) Made available in DSpace on 2019-10-18T17:38:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 883055.pdf: 4982632 bytes, checksum: 1ce4993006f5a7978aa062cb948bcdfa (MD5) Previous issue date: 2017-10 A robustez e versatilidade da tecnologia dos dutos flexíveis para a indústria petrolífera offshore foram decisivas para a conquista de recordes consecutivos no que se refere à lâmina d’água de explotação. Em algumas aplicações, essa tecnologia é a única disponível e adequada, mas, por outro lado, a predição do comportamento mecânico dessas estruturas quando fletidas ainda se constitui em um grande desafio para o dimensionamento, por exemplo, à fadiga. Desse modo, essa dissertação apresenta um novo modelo de elementos finitos tridimensional e não linear para análise local de dutos flexíveis. Este modelo, além de ser capaz de representar todos os arames de tração e todas as camadas da estrutura, permite não só aplicar cargas axissimétricas, mas também momentos fletores. A efetividade do modelo proposto é corroborada pela satisfatória concordância dos resultados numéricos com medidas experimentais obtidas através de testes nos quais uma amostra de duto flexível é submetida a cargas de tração pura e também tração combinada com flexão. The robustness and versatility of the flexible pipeline technology for the offshore oil industry were decisive for the achievement of consecutive records regarding the water depth. In some applications, this technology is the only available and suitable, but on the other hand, the prediction of the mechanical behavior of these structures when under bending is still a great challenge for design suitable, for example, to fatigue. Thus, this dissertation presents a new three-dimensional and non-linear FE model for local analysis of flexible pipes. This model, in addition to being able to represent all the tension armor wires and all the layers of the structure, allows not only the application of axisymmetric loads, but also bending moments. The effectiveness of the proposed model is corroborated by the satisfactory agreement of the numerical results with experimental measurements obtained through tests in which a flexible pipe sample is subjected to pure tension load and also combined tension with bending.

Submitted by Christianne Fontes de Andrade (cfontes@ct.ufrj.br) on 2018-12-17T15:41:03Z No. of bitstreams: 1 868086.pdf: 2427886 bytes, checksum: e6b5ef62787bfff031c750b06b62c8f6 (MD5) Made available in DSpace on 2018-12-17T15:41:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 868086.pdf: 2427886 bytes, checksum: e6b5ef62787bfff031c750b06b62c8f6 (MD5) Previous issue date: 2017-09 Dutos flexíveis são estruturas compostas por camadas metálicas e poliméricas, que propiciam resistência e estanqueidade sem comprometer a necessária flexibilidade em operação. Dentre as camadas desses dutos, a carcaça intertravada e a armadura de pressão são as principais responsáveis por resistir a cargas radiais, tais como a pressão hidrostática. A análise do colapso hidrostático desses dutos por meio de modelos sólidos tridimensionais baseados no Método de Elementos Finitos (MEF) demanda grande esforço computacional, dada, entre outras razões, a complexidade das seções transversais da carcaça intertravada e da armadura de pressão. Nesse trabalho, desenvolve-se uma abordagem alternativa baseada em seções retangulares com propriedades mecânicas equivalentes obtidas pela generalização da resposta de um modelo numérico baseado no MEF através de regressão simbólica. Utilizando essa abordagem, são propostas expressões para o cálculo da pressão de colapso de dutos flexíveis com anulares seco ou alagado. Os resultados mostraram excelente correlação com os obtidos em testes experimentais utilizados para verificação. Flexible pipes are structures composed of metallic and polymeric layers that allow resistance and sealing without compromise the flexibility needed to its operation. Among its layers, the interlocked carcass and the pressure armor are responsible for resisting to radial loads such as the hydrostatic pressure. The structural analyses of those pipes performed by a tridimensional solid model based on the Finite Element Method (FEM) demands a big computational effort due, to among others reasons, the complexity of it cross section. In this work it is developed an alternative approach based on rectangular cross sections with equivalent mechanical properties obtained by the generalization of the response of a numerical model based on FEM through symbolic regression. Using this approach, expressions are proposed to obtain the response of the flexible pipe when subjected to crushing loads and to calculate the collapse pressure with dry and flooded annulus. The results showed an excellent correlation with the experiments used for validation.

Submitted by Christianne Fontes de Andrade (cfontes@ct.ufrj.br) on 2019-09-23T17:55:38Z No. of bitstreams: 1 882786.pdf: 4579747 bytes, checksum: a70097d6f8edb9be564bf58386357105 (MD5) Made available in DSpace on 2019-09-23T17:55:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 882786.pdf: 4579747 bytes, checksum: a70097d6f8edb9be564bf58386357105 (MD5) Previous issue date: 2017-04 Devido a características inerentes à sua concepção, os umbilicais submarinos sempre foram considerados naturalmente superdimensionados em termos estruturais, levando os fabricantes a aplicarem metodologias de cálculos relativamente simplificadas ao seu projeto. Entretanto, com a produção de hidrocarbonetos em altomar atingindo profundidades cada vez maiores, esta afirmação parece começar a se distanciar da realidade. Um bom exemplo se encontra na região do conector de topo, também conhecido como armor pot: lá se encontram as maiores trações no umbilical e, devido a aspectos de projeto, de montagem e de operação, os valores de tensão no interior do acessório podem diferir muito daquelas do restante da linha. Este trabalho propõe então uma metodologia analítica para o cálculo das tensões nos arames da armadura de tração de umbilicais submarinos na região de ancoragem dentro do armor pot. Posteriormente esta metodologia é aplicada num estudo de caso hipotético para o cálculo de vida à fadiga de uma estrutura, de maneira a avaliar a influência de cada parâmetro no resultado final. Due to inherent characteristics of their conception, subsea umbilicals have always been considered naturally oversized in structural terms, leading manufacturers to apply relatively simplified calculation methods on their designs. However, with the offshore oil and gas production going deeper, this statement seems to begin to step away from reality. A good example of it is on the end fitting, also known as armor pot: there, one will find the highest tensions on the operating umbilical and, due to design, assembling and operational aspects, these stress values inside the accessory may differ a lot from those on the rest of the line. This study thus proposes an analytical methodology to calculate stresses on the subsea umbilical anchored armor wires, inside the armor pot. Posteriorly this methodology is applied on a hypothetical case study of fatigue life calculation of a structure, in order to evaluate the influence of each parameter on the final result.