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http://hdl.handle.net/11422/23181
Type: | Tese |
Title: | An optimal design model for sandwich pipe considering structural and thermal insulation requirements |
Author(s)/Inventor(s): | Yang, Jiankun |
Advisor: | Estefen, Segen Farid |
Co-advisor: | Souza, Marcelo Igor Lourenço de |
Abstract: | Duto sanduíche (DS) é uma solução promissora para aplicações em águas ultraprofundas. Devido à vasta possibilidade de escolhas do material e da espessura de cada camada, o projeto pode desenvolvido para cenários específicos. O objetivo da tese é investigar um método de projeto ótimo para dutos sanduíche baseado em requisitos estrutural e de isolamento térmico. Resultados de testes experimentais de DSs submetidos à pressão externa são correlacionados com aqueles de modelo de elementos finitos não-linear. Um estudo paramétrico é então conduzido, para ampla faixa de variáveis, para analisar o comportamento de colapso de DS em escala real com anular constituído de compósito cementício com encruamento (SHCC). Uma equação é proposta para o colapso de DS baseada em resultados numéricos, utilizando técnicas de aprendizado supervisionado e algoritmos estocásticos. O programa computacional OLGA é empregado para analisar o desempenho do isolamento térmico do DS com anular de SHCC. Um modelo matemático para a transferência de calor do DS é desenvolvido para as condições de fluxo contínuo e interrupção de fluxo. Um modelo para estimativa de custo de DSs, incluindo os custos de material, fabricação e soldagem, é também considerado. Um modelo de programação nãolinear “mixed-integer”, incorporando requisitos estrutural e de isolamento térmico, é estabelecido para o projeto ótimo de configurações de DS sob diferentes condições de trabalho. |
Abstract: | Sandwich pipe (SP) is a promising solution in ultra-deepwater applications. Due to the vast choices of materials and thicknesses for each layer, the design process can be tailored for a specific scenario. The purpose of the thesis is to investigate an optimal design method for sandwich pipes based on structural and thermal insulation requirements. Experimental test results of SPs subjected to external pressure are correlated with those from a nonlinear finite element model. A parametric study is then conducted for a wide range of variables to analyze the collapse behavior of fullscale SP with strain-hardening cementitious composite (SHCC) core. An equation to predict the SP collapse pressure is proposed based on the numerical results using supervised learning techniques and stochastic algorithms. The software OLGA is employed to analyze the insulation performance of the SP with the SHCC core. A mathematical model for the SP heat transfer is developed under both steady-state and shut-in conditions. A cost estimate model for SPs, including material cost, fabrication cost, and welding cost, is also considered. A mixed-integer nonlinear programming model, incorporating structural and thermal insulation requirements, is established for the optimal design of the SP. The performance of the proposed model is evaluated in a case study. Finally, a parametric study is conducted to investigate the optimal SP configurations under different working conditions. |
Keywords: | Tubo sanduíche Pressão de colapso Térmico isolamento Otimização |
Subject CNPq: | Engenharia Oceânica |
Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica |
Production unit: | Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia |
Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
Issue Date: | Jul-2020 |
Publisher country: | Brasil |
Language: | eng |
Right access: | Acesso Aberto |
Appears in Collections: | Engenharia Oceânica |
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