[en] BIDIMENSIONAL ANALYSIS OF FLEXIBLE LINE DYNAMICS INCLUDING THE CONTACT EFFECTS WITH SEABED

• Main Author: ABEL TORRES ANDREWS
• Other Authors: CARLOS ALBERTO DE ALMEIDA
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2004
• Subjects: [pt] METODO DOS ELEMENTOS FINITOS; [en] FINITE ELEMENT METHOD; [pt] MULTIPLICADOR DE LAGRANGE; [en] LAGRANGE MULTIPLIER; [pt] CONTATO UNILATERAL; [en] UNILATERAL CONTACT
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=5662@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=5662@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.5662

[pt] Neste trabalho apresenta-se uma metodologia pelo método dos elementos finitos para a análise estática-dinâmica bi-dimensional de linhas marítimas considerando-se o contato com o leito marinho. Para o cabo considera-se o elemento de dois nós do modelo de viga de Euler-Bernoulli com as grandezas estáticas e dinâmicas referidas a um sistema co- rotacionado. Considera-se a nãolinearidade geométrica associada ao movimento de corpo rígido da estrutura, supondo pequenas deformações. No movimento da linha, são consideradas as influências do peso próprio, empuxo, carregamentos hidrodinâmicos das correntes marinhas, deslocamentos prescritos no ponto superior da linha, forças de inercia e ação de flutuadores. Os efeitos sobre a linha associados ao contato com o fundo marinho são considerados empregando-se a técnica dos multiplicadores de Lagrange. Estes representam o carregamento (forças e momentos) requerido para garantir as restrições geométricas. No modelo não são considerados os efeitos das forças de atrito com o fundo marinho, cuja rigidez é considerada muito superior à do cabo. A matriz de rigidez usual do modelo de vigas é aumentada de forma a acomodar as novas incógnitas resultantes da imposição das condições de contato. Desta forma, condições de contato, separação repetidos (contato variável) e grandes movimentos relativos do cabo com o leito são contemplados pelo modelo. A solução das equações algébricas não-lineares, resultantes da integração temporal passo-a-passo de Newmark, é obtida com a técnica iterativa de Newton Raphson. A metodologia numérica foi implementada e resultados de alguns testes para situações da engenharia offshore são mostrados e comparados com os apresentados por outros autores independentes. === [en] In this work a finite element methodology for two- dimensional static and/or dynamic analysis of maritime risers including contact with the seabed is considered. The line is modeled by a two node beam element based on the Euler- Bernoulli theory with a co-rotational coordinate system, defined from the structure space coordinate nodes, to refer the element equilibrium and motion equations. Geometric non-linear effects are considered, all associated with rigid body motions from the structure, under small strain hypothesis. In the riser motion, the influences of its own weight, buoyancy forces, hydrodynamic loadings due to the maritime currents, the prescribed displacements at the top point line, the inertia forces and the floating action are considered. Effects on the line associated to the seabed contact are considered using Lagrange multipliers. They represent, the required loading (forces and moments) to ensure the cable geometric restrictions. In the model, friction forces effects on the seabed are not considered and the seabed stiffness is taken much greater than the riser s. The beam model stiffness matrix results into an increased matrix to accommodate the new model unknowns reactions, which are represented by the contact forces and moments. Similarly, conditions for variable contact and/or separation, as well as large relative motions between the flexible line and the seabed, are contemplated by the model. Solutions of the resulting nonlinear motion equations are obtained using Newmark s step-by-step time integration procedure with the Newton-Raphson iterative technique, for the numerical solution convergence. The methodology has been implemented and some representative offshore engineering testing analysis results are presented compared to other independently published solutions.