Apresentação Riflex

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Agosto de 2012 
Riflex - Análise Estrutural Não-Linear de Linhas 
 Flexíveis (risers e umbilicais) 
Caroline Ferraz 
Engineer – SURF & Pipelines, DNV Brazil 
 
Marcos Rodrigues 
Head of Section – SURF & Pipelines, DNV Brazil 
 
João Henrique Volpini Mattos 
Regional Sales Manager - Maritime & Offshore Solutions (South America), DNV Software 
© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 
Riflex : Histórico 
 Desenvolvido pela MARINTEK e SINTEF em cooperação com a NTNU 
(Norwegian University of Science and Technology) como um JIP. 
 Outras empresas participantes do projeto : 
- BP Petroleum Development 
- Conoco Norway 
- Esso Norge 
- Norske Hydro 
- Saga Petroleum 
- Statoil 
 Código independente da máquina 
- Desenvolvido em VAX-VMS, portado para Unix, Linux e Windows. 
 Comercializado com exclusividade mundial pela DNV. 
 
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Presenter
Presentation Notes
FORTRAN
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Propósitos 
 Ferramenta para análise de sistemas de risers, descrevendo o comporta-
mento global estático e dinâmico para : 
- Deslocamentos 
- Curvatura 
- Ângulos 
- Forças resultantes (tensão efetiva, momento fletor e 
torsor) 
 Também adequado para qualquer tipo de estrutura esbelta : 
- Linhas de ancoragem 
- Umbilicais 
- Tendões de TLP 
- SCRs 
- Linhas de reboque 
- Mangueiras de transferência 
 
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Principais Características das Linhas 
 Características do modelo composto por estruturas esbeltas : 
- Pequena rigidez à flexão 
- Grandes deslocamentos 
- Grande excitação nas extremidades 
- Estrutura complexa da seção transversal 
- Propriedades não lineares da seção transversal 
 
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Riser Rígido 
- O comportamento linear da seção 
transversal é modelado através de 
parâmetros como : 
- Módulo de elasticidade 
- Diâmetro interno 
- Diâmetro externo 
- Requer entrada de dados limitada 
 
Umbilical 
- O comportamento não-linear da seção 
transversal é modelado através de 
relações como : 
- Momento x Curvatura 
- Tração x Alongamento 
- Torção x Ângulo de giro 
- Requer entrada de dados mais 
complexa 
 
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Recursos 
 Modelo de carregamento por Morison. 
 Ondas regulares (Airy ou Stokes 5ª ordem) e irregulares. 
 Vários espectros de onda (Pierson-Moscowitz, Jonswap, 
Torsethaugen) ou definido pelo usuário. 
 Recurso para perturbação cinemática. 
 Perfis arbitrários de corrente 3D variáveis com o 
tempo. 
 Efeitos de pressão hidrostática interna e externa. 
 Contato com leito do oceano (atrito, sucção). 
 Propriedade não lineares de materiais. 
 Contato com roletes e tensionadores. 
 Formulação do contato Pipe-in-Pipe e com o casco. 
 Elementos de conexão (rótulas, juntas flexíveis, 
swivels) 
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Riser offshore - Noruega 
Vento 70 nós 
Presenter
Presentation Notes
Recursos principais :

Ambiente
Ondas regulares e irregulares. Vários espectros ou entreada direta de séries temporais. Perfis de corrente arbritários, constantes ou variáveis com o tempo.

Carregamento
Carregamento hidrodinâmico descrito pela equação generalizada de Morison (força de inércia em fase com a aceleração local do escoamento e força de arrasto proporcional ao quadrado da velocidade instantânea do escoamento), Carregamento no sistema causado por movimentos de uma ou mais embarcações. Movimentos das embarcações baseadas em funções de transferência do movimento ou entrada direta de séries temporais. Contato com o leiro do mar. Modelo especial para membros estruturais parcialmente submersos (mangueiras flutuantes)

O contato com o leito do oceano é modelado com molas e fricção.
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Carregamento 
 Movimentos forçados da embarcação a partir de uma ou mais embarcações de 
apoio, baseados nas funções de transferência ou entrada direta das séries 
temporais. 
 Efeitos de pressão externa/interna. 
 Fluido interno. 
 Carregamento hidrodinâmico pela equação generalizada de Morison. 
 Campo perturbado de onda (difração). 
 Cargas nodais definidas pelo usuário, permanentes ou variáveis com o tempo. 
 Modelo da carregamento para corpos estruturais parcialmente submersos. 
 Elementos pré-tensionados. 
 Variação dinâmica de comprimento de segmento (içamento). 
 Efeitos de temperatura. 
 Contato com o leito marítimo. 
 Contato com outros elementos. 
 VIV. 
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Tipos de Análises 
 Quatro principais tipos de análises baseadas na técnica de análise não-
linear por elementos finitos : 
- Análise estática não linear. Pré-processamento baseado na teoria de catenária. 
- Análise paramétrica estática. 
- Análise dinâmica linear e não-linear no domínio do tempo, incluindo análise dos 
autovalores, através de integração numérica passo a passo. 
- Análise no domínio da frequência, baseada na aplicação da linearização 
estocástica do carregamento hidrodinâmico. 
 A formulação de elementos finitos aplicada no Riflex permite translações e 
rotações ilimitadas no espaço tridimensional 
 Análise acoplada é possível se utilizado em conjunto com Simo 
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Riflex : Estrutura dos Módulos 
Opera em modo DOS com módulos que se comunicam através de arquivos 
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• Descrição 
do sistema 
 
• Descrição 
do ambiente 
 
• Descrição 
da 
embarcação 
• Análise 
estática 
– Catenária 
– FEM 
 
• Variação 
paramétrica 
• Simulação 
estocástica 
 
• Domínio do 
tempo 
 
• Autovalores 
 
• Domínio da 
frequência 
• Geração de 
resultados 
• Plotagem 
interativa de 
resultados 
Entrada de 
dados e 
organização do 
banco de 
dados Análise estática 
Análise 
dinâmica 
Pós-
processamento 
e saída para 
impressão e 
plotagem 
Plotagem 
gráfica interativa 
Presenter
Presentation Notes
INPMOD
O módulo INPMOD lê a maior parte dos dados de entrada e organiza um banco de dados para utilização nas análises subseqüentes. Uma vez que INPMOD tenha sido executado, várias análises podem ser feitas nos outros módulos sem re-execução de INPMOD.

STAMOD
O módulo STAMOD executa vários tipos de análises estáticas. Os resultados podem ser usados diretamente em estudos paramétricos, etc., e podem também ser utilizados para definir uma configuração inicial para análise dinâmica. A malha de elementos, configurações e dados chaves para a análise FEA sãi gerados por este módulo, baseando-se nos dadso imputados em INPMOD.

DYNMOD
O módulo DYNMOD executa as análises no domínio do tempo, baseando-se na configuração estática final, dados de ambiente e dados para definir os movimentos aplicados como deslocamento forçados. É possível executar várias análises dinâmicas sem a re-execução de INPMOD e STAMOD. As respostas das séries temporais são armazenadas em arquivo para pós-processamento por OUTMOD e PLOMOD. Em adição à resposta dinâmica, as frequências naturais de modos de vibração podem ser calculados 

OUTMOD
OUTMOD executa o pós-processamento de resultados selecionados gerados por STAMOD e DYNMOD. É possível armazenar as plotagens em arquivos separados para saída gráfica no PLOMOD. É também possível exportar séries temporais com formatos padronizados para pós-processamento por programas estatísticos de uso geral.

PLOMOD 
Módulo de plotagem interativo para apresentação gráfica das plotagens geradas por OUTMOD. 
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INPMOD : Dados de Entrada 
 Pense nos dados como uma série de cartões 
 Cinco grupos de dados 
- Dados Gerais de Controle : Grupo A 
- Sistema de Risers : Grupo B 
- Dados dos Risers Simples (topologia): Grupo C 
- Dados dos Componentes : Grupo D 
- Dados do Ambiente : Grupo E 
- Dados da Embarcação : Grupo F 
 Todos os grupos exceto o “A” podem aparecer 
mais de uma vez 
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Riflex : Descrição da Linha 
 Uma linha éum elemento estrutural linear entre dois super-nós que é 
identificada por um número, podendo ser referenciada várias vezes na 
descrição da topologia. 
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SUPER-NÓ 
 Uma linha é especificada em termos de : 
- Sequência de segmentos com seções 
transversais homogêneas 
- Componentes nodais para modelagem de 
pesos, boias, dobradiças, etc., podem ser 
especificados nas interseções dos segmentos 
- Fluido para descrição de possível escoamento 
interno de fluido 
Presenter
Presentation Notes
SUPER-NÓ : Pontos com condições de contorno especificadas
LINHA : Estrutura suspensa entre dois super-nós.
SEGMENTO : (Parte de) linha com seção transversal uniforme e mesmo comprimento de ELEMENTO
ELEMENTO : Unidade de elemento finito
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Topologia das Linhas (Grupo B) 
 Especificação da linha : 
- Tipo de configuração (SA/SB/SC/SD/AR) 
- Topologia 
- Condições de contorno 
 SA : Leito marítimo à embarcação de 
superfície. Um ponto de contato no leito 
marítimo. 
 SB : Leito marítimo à embarcação de 
superfície, tangenciando o fundo ou com 
pontos adicionais de ancoragem. 
 SC : Extremidade inferior livre (durante a 
instalação, por ex.) 
 SD : Extremidade superior livre (bóia, 
sistema de carregamento, etc.) 
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Dados das Linhas (Grupo C) 
 Componentes da linha : 
- Seção transversal 
• Massa 
• Área externa e interna 
• Rigidez axial, flexional e torsional (constante ou variável) 
• Propriedades hidrodinâmicas : 
- Coeficiente quadrático de arrasto (tangencial e normal) 
- Coeficiente linear de arrasto (tangencial e normal) 
- Coeficiente de massa adicional (tangencial e normal) 
- Componentes nodais 
• “BODY” para modelar bóias e clumps 
• “CONB” para modelar ball joint, swivels, etc. 
- Componentes especiais 
• Rollers : contato elástico entre linhas 
• Tensioner : mecanismo de contato com stinger 
 
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Tipos de Sistemas de Risers (Grupo C) 
 CA : Risers interconectados paralelos 
 
 
 
 
 
 CB : Conjunto de risers partindo de 
um suporte comum na extremidade 
inferior 
 
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Dados do Ambiente : Grupo D/E 
 Lâmina d’água; 
 Carregamento de onda: 
- Mar irregular ; 
- Pierson-Moscowitz (1 ou 2 parâmetros) 
- Jonswap 
- Derbyshire-Scott 
- Bretschneider 
- Ochi, etc… 
- Mar regular; 
 Perfis de Correnteza (max. 10); 
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Dados da Embarcação: Grupo F 
 Arquivo contendo o RAO da embarcação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 P.S: movimenos do topo podem ser representados através de séries temporais de 
deslocamento. 
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STAMOD : Análise Estática Não-Linear 
 Os cálculos incluem : 
- Estabelecimento das configurações iniciais baseadas na aproximação por 
catenária. 
- Iteração para a posição de equilíbrio por redução incremental das forças 
desbalanceadas (Newton-Raphson) na aplicação da FEA. 
 Resultados básicos : 
- Coordenadas dos pontos nodais 
- Curvatura nos pontos nodais 
- Força axial 
- Momento fletor 
- Esforço cortante 
- Torsão 
 Os resultados são disponibilizados como tabelas para impressão e em 
arquivos para pós-processamento. 
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STAMOD : Análise Paramétrica 
 Estudar a influência da variação de parâmetros 
chave, tais como : 
- Estabelecer as características estáticas de rigidez 
de modo a especificar os requisitos da embarcação 
com relação à manutenção da posição. 
- Avaliar a sensibilidade à posição da embarcação, 
forças externas ou variação na corrente. 
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 As seguintes análises são disponíveis : 
- Variação da posição do super-nó em qualquer direção. 
- Variação da posição da embarcação. 
- Variação da velocidade ou direção da corrente. 
- Variação dos componentes de força. 
 Os mesmos resultados da análise estática básica são apresentados, mas 
a saída consiste de uma tabela dos parâmetros principais como função do 
parâmetro analisado. 
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DYNMOD : Análise Dinâmica 
 Seu propósito é o de estudar a influência dos movimentos da embarcação e das 
cargas induzidas pelas ondas no sistema. 
- Análise dos auto-valores. 
- Excitação harmônica (periódica) : 
• Deslocamentos forçados (harmônicos) em um ou mais nós especificados. 
• Ondas regulares. 
- Excitação irregular : 
• Excitação estocástica estacionária devido ao movimento da embarcação e ondas irregulares. 
• Excitação transiente 
 Resultados básicos : 
- Frequências naturais de vibração 
- Séries temporais de : 
• Coordenadas dos pontos nodais 
• Força axial, cortante. 
• Momento fletor, torção 
• Curvatura 
• Arquivo contendo animação do 
comportamento dinâmico do sistema 
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OUTMOD / PLOMOD 
 Saída da análise estática : 
- Plotagem 2D e 3D da geometria do sistema. 
- Plotagem 2D da geometria da linha 
- Plotagem da força ao longo das linhas 
- Plotagem das forças, coordenadas, ângulos, elemento a elemento, ou segmento a segmento 
ou linha a linha 
- Cálculo e apresentação gráfica da força na parede da tubulação 
 Saída da análise estática paramétrica : 
- Impressão/plotagem da resposta selecionada durante a variação do parâmetro. 
- Plotagem das geometrias do sistema durante a variação do parâmetro. 
 Saída da análise dinâmica : 
- Cálculo das séries temporais (curvatura, forças nos apoios, forças axiais, distâncias entre 
linhas. etc.) 
- Análises estatísticas das séries temporais (densidade espectral, distribuição probabilística, 
momento espectral, etc.) 
- Animação do comportamento dinâmico do sistema completo. 
- Apresentação gráfica das funções de transferência 
- Curvas de contorno (envelope) para deslocamentos, curvaturas e forças 
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Rodando Riflex 
 Geração manual dos arquivos de entrada. 
 Execução do Riflex a partir do prompt de comandos do DOS. 
 Pós-processamento dos dados usando Outmod/Plomod 
 
 
 
 
 
 
 
 Interface gráfica somente quando utilizado com o 
DeepC ! 
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Exemplo RAO embarcação 
Exemplo entrada INPMOD 
Exemplo entrada STAMOD 
Exemplo ´saída STAMOD 
Exemplo entrada DYNMOD 
Exemplo saída DYNMOD 
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Exemplo PLOMOD 
C:\> PLOMOD.EXE 
>S-D XWDW 
>OP-PL STDI_IFNPL.FFI 
>LI-FI PLOT 
>SEL PIC-8 
>EXIT 
C:\> 
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Presenter
Presentation Notes
Start PLOMOD e.g. from C:\PROGRAM FILES\DNV Software\DeepC\Riflex\bin\plomod.exe 
On PC only. Move the MS-dos window to the upper edge of the screen, minimize all other windows on the desktop 
Set display device S-D XWDW
Open file (produced by the OUTMOD module) OP-PL ../test/mpf_and_stress/stdi_ifnplo.ffi
List file contents LI-FI PLOT
Select picture to plot SEL-PIC 8
Exit PLOMOD EXIT 
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Porque Riflex 
 Slide 22 
 Imbatível na velocidade de obtenção da solução. 
 Excepcionalmente estável numericamente. 
 Grande flexibilidade na modelagem, permitindo a análise 
para uma grande variedade de sistemas. 
 Programas mais simples que utilizam a equação da 
catenária desprezam a tridimensionalidade e os efeitos da 
rigidez à torção. 
 Grande versatilidade para cargas ambientais. 
 Opera com grandes massas de dados muito 
eficientemente. 
 Continuamente verificado em testes de modelos e casos 
reais. 
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Vibração Induzida por Vórtices - VIV 
 VIV são movimentos induzidos em um corpo iteragindo com um escoamen-
to externo, produzindo irregularidades periódicas neste escoamento e/ou 
movimentos no corpo. 
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Correnteza 
Velocidade U 
Cilindro 
Diâmetro D 
esteira de vórtices© Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. 
Regimes de Escoamento em Torno de Cilindro 
υµ
ρ UDUD
==Re
 Depende do número de Reynolds 
 
 
onde ρ = massa específica do fluido [kg/m3] 
 U = velocidade média do escoamento [m/s] 
 D = Dimensão linear característica – diâmemetro [m] 
 μ = Viscosidade dinâmica do fluido [kg/m.s] 
 υ = Viscosidade cinemática do fluido [m2/s] 
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Presenter
Presentation Notes
Reynolds é um número adimensional que nos dá ua medida da relação entre as forças inerciais e as forças viscosas.

Viscosidade cinemática da água salgada: ν =1,188x10-6 m2/s
Correnteza 1.5 nós = 0.77 m/s
Diametro 30 cm = 0.3 m
Re = 194.000
-
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Regimes de Escoamento em Torno de Cilindro 
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Regime de fluido ideal Re < 5 
Regime laminar com 2 
vórtices simétricos 
5 ~15 < Re < 40 
Regime laminar com vórtices 
alternados 
40 < Re < 90 
Esteira de Von Karman 90 < Re < 150 
Transição para vórtices 
turbulentos 
150 < Re < 300 
Vórtices plenamente 
turbulentos 
300 < Re < 300.000 
Vórtices com desprendimento 
desorganizado 
300.000 < Re < 
3.500.000 
Reestabelecimento da esteira 
de vórtices turbulentos 
Re > 3.500.000 
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Efeitos do VIV 
 Risers 
- Redução da vida útil devido à fadiga 
- Aumento na tensão axial. 
- Aumento das cargas extremas. 
- Aumento no arrasto 
 SPAR 
- Aumento dos movimentos globais 
- Aumento do arrasto (off-set) 
- Aumento das tensões nas linhas de ancoragem (ULS & FLS) 
Aumento do 
“diâmetro” e arrasto 
Aumento da 
tensão axial 
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Vivana 
 Ferramenta baseada no método de elementos finitos para predição de 
vibração induzida por vórtices, dano por fadiga e amplificação do arrasto 
em estruturas esbeltas submetidas à correnteza. 
 Extensão do Riflex. 
 Desenvolvido pela MARINTEK e SINTEF em cooperação com a NTNU 
(Norwegian University of Science and Technology). 
 Comercializado com exclusividade mundial pela DNV. 
 
27 
Presenter
Presentation Notes
FORTRAN
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Alguns Usuários Riflex 
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 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 
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