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Type: Dissertação
Title: Análise crítica de um modelo fenomenológico de vibrações induzidas por vórtices via análise de sensibilidade global e quantificação de incertezas
Author(s)/Inventor(s): Soares, Bruno Henriques
Advisor: Rochinha, Fernando Alves
Abstract: O fenômeno de Vibrações Induzidas por Vórtices (VIV) de cilindros é investigado na presente dissertação. Estas vibrações são resultantes da interação fluido-estrutura complexa entre um corpo e um escoamento ao seu redor, sendo indesejáveis na indústria offshore. Com isso, modelos fenomenológicos vêm sendo desenvolvidos para a previsão do fenômeno de VIV, permitindo que seu pequeno tempo de computação possa ser explorado, tornando viável uma série de estudos por Análise de Sensibilidade Global (ASG) e análise de incertezas que podem ser realizados para o seu aprimoramento, desbloqueando todo o seu potencial de fornecer informações valiosas sobre o fenômeno. A ASG de um modelo fenomenológico com a estimativa dos índices de sensibilidade por Simulações de Monte Carlo identificou 4 parâmetros de entrada (CL0, CDO, Ay e Ey) predominantes para a variabilidade das respostas do modelo. Foi verificado que Ay e Ey apresentam papel combinado relacionado à capacidade do modelo de representar a sincronização de frequências. Ao passo que a ASG indicou padrões de CDO no funcionamento do modelo que sugeriam o emprego de uma abordagem mais elaborada com o objetivo de satisfazer a dependência entre CDO e a amplitude de vibração transversal do cilindro, fato encontrado na literatura. No presente estudo, uma função descontínua foi adotada para CDOcom o objetivo de satisfazer esta dependência. Em síntese, o modelo analisado com a proposta de ajuste de CL0, CDO, Ay e Ey acompanha com maior precisão as tendências, frequências de vibração, domínio de sincronização de frequências e amplitudes de oscilações do sistema em VIV nas duas direções. Estudos com diferentes configurações dinâmicas indicam que o método pode ser desenvolvido similarmente para uma grande variedade de sistemas.
Abstract: The phenomenon of vortex-induced vibrations (VIV) is investigated in the present Dissertation. These vibrations are the result of the intricate fluid-structure interaction between the body and its external flow, being undesirable in the offshore industry. Therefore, phenomenological models continue to be developed and popularised to the prediction of VIV, allowing its low computational time to be explored via global sensitivity analysis (GSA) and uncertainty analysis, which could result in the model enhancement, allowing it to provide valuable information about the phenomenon. The GSA of a semi-empirical model with its sensitivity indices estimated by the Monte Carlo method was able to identify four input parameters (C L0, CDO, Ay and Ey) distinguishingly important to the outputs variability. Thus, the investigation and calibration of these parameters could improve the model capability. From the four highlighted input factors, Ay and Ey present a combined role which was verified to increase the model’s ability to simulate the lock-in interval, perhaps the critical imprecision of the original model. Meanwhile, CDO sensitivity patterns from the GSA results indicate that a more realistic approach for the parameter could be beneficial. In fact, according to the literature review, CDO is related to the cross-flow oscillation amplitudes. In this study, the approach to this dependence was followed by proposing a discontinuous function for CDO. It is possible to conclude that the analysed model with the proposed CL0, CDO, Ay and Ey is able to represent more accurately the tendencies, vibration frequencies, the lock-in and both inline and cross-flow oscillation amplitudes. Moreover, the study of different configurations and dynamic properties demonstrated that the methodology could be conducted similarly to a variety of systems and conditions.
Keywords: Vórtices dos fluídos
Interação fluido-estrutura
Estruturas offshore
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Oct-2017
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/11422/5986
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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