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Julho 2012 HydroD João Henrique Volpini Mattos Regional Sales Manager - Maritime & Offshore Solutions (South America), DNV Software Análise Hidrostática e Hidrodinâmica de Estruturas Flutuantes © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. HydroD é um programa interativo para análise de estabilidade e carregamento de ondas em corpos flutuantes estacionários ou com velocidade de avanço. Propósitos Slide 2 HydroD D1.3-04 Date: 31 May 2005 15:01:34 0 50 100 150 -2 -1 0 1 2 3 4 GZ-Curve Heel Angle [deg] G Z [m ] Modelar o ambiente e preparar os dados de entrada para análise hidrostática e hidrodinâmi- ca. Executar os cálculos hidrostáticos e de estabili- dade intacta e em avaria (incluindo efeito de superfície livre e impelidores laterais). Calcular os esforços cortantes e momentos fleto- res em águas tranquilas. Executar os cálculos hidrodinâmicas em corpos rígidos flutuantes, com e sem velocidade de avanço (coeficientes hidrodinâmicos, forças, des- locamentos, acelerações, etc.). Transferir as cargas hidrostáticas e hidrodinâmi- cas para a análise estrutural. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Histórico Slide 3 ANO EVENTO 1987 Cooperação técnica entre DNV e MIT, resultando na implementação do Wadam, baseado no código do Wamit. 1990 Cooperação técnica entre DNV e MIT, resultando na implementação do Wasim em 1996. 2004 HydroD 1.0, incluindo todas as funcionalidades do Wadam, exceto multi-corpos. 2006 HydroD 2.0, com amortecimento de ondas em surge, análise hidrostática e de estabilidade. 2008 HydroD 3.0 com inclusão do Wasim e várias melhorias na análise de estabilidade. 2008 HydroD 4.0 com análise de multi-corpos. 2009 HydroD 4.2 com amortecimento quadrático de balanço no Wadam, suporte para ondas de 5ª ordem de Stokes (profundidade infinita), Wadam e Wasim podem iniciar o Sestra (FEA Solver) a partir do HydroD. 2010 HydroD 4.3 com ondas de 5ª ordem de Stokes em profundidade finita e aumento do número de corpos acoplados no Wadam (até 15). 2011 HydroD 4.5 64 bits com região de redução de pressão definida pelo usuário e pontos definidos pelo usuário para cálculo dos resultados. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Recursos do HydroD Slide 4 Criação ou importação dos modelos hidrodinâmicos e de massa. Assistentes para a entrada de dados mais complexos (ex.: amortecimento do balanço e modelos de casco duplo, modelos de Morrison, modelos de painéis, etc.). Várias verificações de dados. Cálculo dos calados, trim e banda para cada modelo de massas. Verificação da estabilidade transversal por várias normas. Front-end para Wadam (domínio da frequência) e Wasim (domínio do tempo). Apresentação gráfica e tabular dos resultados. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 5 Análise Hidrostática e Estabilidade © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Análise Hidrostática Atividades Típicas - Definição das seções transversais - Definição das condições de carregamento • Calado, trim e banda • Massa e conteúdo dos tanques e porões • Ferramentas de auto-balanceamento o Balanceie 3 ou mais tanques, minimizando o GM - Aberturas • Opções de estanqueidade - Crie e execute a análise de estabilidade • Análises múltiplas em paralelo (com várias CPUs) • Cálculo de momento devido ao vento - Execute as verificações pelas normas • Condições de estabilidade intacta e avaria - Faça a análise do KG permissível Slide 6 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Análise Hidrostática - Resultados Curva de braços de endireitamento Momento de emborcamento Distância das aberturas à agua Curvas longitudinais : - Momento fletor - Esforço cortante - Distribuição de massas - Flutuação Dados hidrostáticos - KM, CB, CF - CG (com e sem conteúdo dos compartimentos) - Deslocamento - MTC - Áreas projetadas acima e abaixo da LA Slide 7 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Análise de equilíbrio e estabilidade feita por cálculo direto, sem interpolação. Verificação de Estabilidade Estabilidade intacta e em avaria Code checks por : - IMO geral - MARPOL intacta e avaria - IGC avaria - IBA avaria - NMD intacta e avaria - IMO MODU intacta e avaria - ABS MODU intacta e avaria - Regra definida pelo usuário Slide 8 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. KG Permissível Centro de Gravidade Vertical (KG) Permissível Defina uma curva de momento de emborcamento. Defina as condições de carregamento, varrendo toda a faixa de calados. Utilize os critérios de estabilidade da norma selecionada para determinar o KG permissível. O KG que satisfaz cada critério é calculado. O mínimo destes valores é repor- tado como a curva de KG permissível. Slide 9 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 10 Análise Hidrodinâmica © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Análise Hidrodinâmica Slide 11 Análise hidrodinâmica de corpos flutuantes estacio- nários ou em movimento : - Teoria 3D radiação-difração no modelo de painéis e equação de Morison no modelo de barras. - O modelo dual permite que ambos os métodos sejam utilizados simultaneamente. - Teoria de ondas de Airy. - Interação hidrodinâmica entre vários corpos independen- tes. Resultados - Funções de transferência complexas ou como resultados determinísticos para fases específicas da onda. - Respostas globais incluindo movimentos de corpo rígido, forças seccionais e momentos. - Pressões e acelerações. - As cargas (pressões e acelerações do corpo rígido) são automaticamente transferidas para a análise estrutural. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Modelos Hidrodinâmicos Slide 12 Modelo de Painéis Modelo Composto Modelo de Morison Modelo Dual OBSERVAÇÕES Tudo é calculado apenas pela teoria poten- cial. Todo o modelo é em barras. Tudo é calcula- do pela equação de Morison. Parte do modelo é de painéis, parte em barras. A equação de Morison e a teoria potencial são aplicadas a partes diferentes do modelo. Tudo é feito em painéis e em barras. Ambos Morison e a teoria potencial são aplicados a todo modelo (obrigatório para análise estrutural). © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Análise no Domínio da Frequência A análise no domínio da frequência é utilizada para calcular as funções de transferência (RAOs). A entrada é a “condição do domínio da frequência” - Conjunto de direções. - Conjunto de frequências. - Amplitudes. Tarefas típicas (feitas no modelo hidrostático) - Seções de Morison. - Elementos de pressões nas áreas. - Pontos fora do corpo (pressão de onda, velocidade de partículas da onda). - Definição dos dados para Wadam. - Variáveis de resposta globais. - Transferência de carregamento. Slide 13 ../SUA/SUA UK Dec 2008/Wadam_lin_semi.vtf © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Análise de Múltiplos Corpos Para análise de múltiplos corpos no domínio da frequência é possível utilizarmos até 15 diferentes corpos. Esta análise permite que o usuário especifique uma matriz adicional de acoplamento entre os corpos. Matriz adicional de acoplamento. Esta figura apresenta uma matriz de 12 x 12 para 2 corpos. Slide 14 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Região de Redução de Pressão Aplicação de uma redução de pressão em uma região da embarcação selecionada pelo usuário. - Este método é somente recomendado para a parte da embarcação que tenha costado plano, e portanto deve ser controlada pelo usuário. -Benefícios : Definida pelo usuário, em adição ao suporte às regras DNV. - Esta opção é disponível tanto para análises no domínio da frequência como no tempo. Costado plano indicado pelo usuário Slide 15 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Análise Linear no Domínio do Tempo Utilize a análise no domínio do tempo para simular um estado físico de mar. Crie “instantâneos” do carregamento. O estado de mar pode ser definido por : - “Condição irregular no tempo” • Vagas (direção, espectro de ondas, função de dispersão) • Ondulações oceânicas (swell) - “Conjunto de ondas regulares” (período, altura, fase, direção) - Mar calmo Slide 16 GLview Plugin not installed. Press here to install plugin GLview Plugin not installed. Press here to install plugin G L v ie w 3 D P lu g i n [W a s i m _ l in _ s e m i.v tf ] http://www.glview.com/plugin http://www.glview.com/plugin © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 17 Análise Não-Linear no Domínio do Tempo (1) RAO jogo sem amortecimento e com amortecimento quadrático Direção da onda 90º Slide 17 Efeitos incluídos na análise não-linear : - Pressão hidrostática e Froude-Krylov na superfície molhada exata. - Tratamento exato da inércia e gravidade. - Termos quadráticos da equação de Bernoulli. - Amortecimento do jogo (roll) quadrático. GLview Plugin not installed. Press here to install plugin GLview Plugin not installed. Press here to install plugin G L v ie w 3 D P lu g in [W a s i m _ n o n lin _ s e m i. v t f] http://www.glview.com/plugin http://www.glview.com/plugin © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 18 Modelos de Morison são importantes para estruturas flutuantes que tenham estruturas reticuladas, causando arrasto apreciável. As forças de arrasto não lineares são consideradas no domínio do tempo, melhorando a representação do amortecimento. Utilizando a cinemática da onda incidente, a força é integrada até a superfície livre da onda. Análise Não-Linear no Domínio do Tempo (2) RAO jogo sem amortecimento e com amortecimento quadrático Direção da onda 90º Embarcação de lançamento de pipelines, com stinger. GLview Plugin not installed. Press here to install plugin GLview Plugin not installed. Press here to install plugin http://www.glview.com/plugin http://www.glview.com/plugin © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 19 0 20 40 60 80 100 120 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Time M ot io n am pl itu de Roll - CalmSeaRun_Morison Roll - CalmSeaRun_noMorison – Mar calmo com 5º de banda. Nenhum amortecimento adiconal de jogo. – Com o modelo de Morison, o movimento de jogo é amortecido. Análise Não-Linear no Domínio do Tempo (3) - Movimento de jogo em onda de Stokes de 5ª ordem oblíqua (perío- do 12s, altura 20 m), sem amorte- cimento de jogo adicional. atribuído. - Com o modelo de Morison, temos maior resposta na fase inicial, mas se estabiliza devido ao amorteci- mento do stinger. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 -1 0 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Time M o ti o n a m p li tu d e Roll - Stokes5_Morison Roll - Stokes5_noMorison 1.8471 8.161 A importância do modelo de Morison A importância do amortecimento do jogo © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Pontos de Análise Definidos pelo Usuário Pontos de referência definidos pelo usuário para cálculo dos resultados: - Maior flexibilidade pois o ponto de referência pode ser usado para o cálculo de resultados hidrodinâmicos, como movimentos, forças e RAOs. - Aplicável a análises no domínio do tempo e da frequência. Surge 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Period A m p li tu d e Sway 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Period A m p li tu d e Dois pontos de referência distintos Slide 20 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. HidroD : Softwares DNV Relacionados GeniE.Panel Modelagem do casco e distribuição de massas. Wadam Análise hidrodinâmica da iteração corpo-onda para corpos flutuantes estacio- nários. Wasim Análise hidrodinâmica de embarcações com veloci- dade de avanço. Postresp Pós-processamento esta- tístico. Xtract Apresentação aperfeiçoa- da de resultados e anima- ção. Slide 21 Slide 21 HydroD Modelo de massa (Patran-Pre ou GeniE) Modelo de massa (Patran-Pre ou GeniE) (Presel) Modelo de painéis & massas Parâmetros da análise Estado de mar RAO Resposta Postresp - curto prazo Diagrama de dispersão Resposta de longo prazo Postresp – longo prazo Saída do Postresp: Estatísticas de longo prazo Gráficos de RAO Combinação de RAOs Gráficos de espectro de resposta Wadam Transferência de cargas para análise estrutural: Cargas de inércia Pressão de onda © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 22 A Família HydroD © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Wadam (1) Wave Analysis by Diffraction and Morison Theory Slide 23 Análise hidrodinâmica da iteração entre ondas e estrutura (domínio da fre- quência) para corpos estacionários. Wadam = Wave Analysis by Diffraction and Morison Theory Interação hidrodinâmica entre vários corpos independentes. Estruturas fixas e flutuantes de formato arbitrário : • Semi-submersíveis • TLP • FPSO • SPARS • Gravity based Teoria de radiação-difração 3D e de Morison. Amortecimento viscoso. Forças de excitação e resposta de 2ª ordem. Geração das cargas para análise estrutural no Sestra. Transferência de dados para o DeepC, Mimosa, Xtract, Postresp. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Wadam (2) Slide 24 RAOs do movimento do corpo rígido. RAO de pressão em painéis especificados. RAO das cargas globais (cargas seccionais). Matrizes de massa, massa adicional, amortecimento e restauração. Forças de excitação. Força de arrasto médio. Elevação da onda em pontos especificados. Cinemática da onda em pontos especificados. Resultados do Wadam : Análise de semisub avariada © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Análise hidrodinâmica de embarcações com velocidade de avanço. Teoria de radiação-refração 3D por Rankine. Solução no domínio do tempo com transferência para o domínio da frequência. Velocidade de avanço ilimitada sem planagem. Análise linear e não linear. – Pressão hidrostática e Froude-Krylov na superfície molhada exata. – Tratamento exato da inércia e gravidade. – Termos quadráticos na equação de Bernoulli. – Amortecimento quadrático do balanço. Formas arbitrárias de casco. Água no convés. Sloshing. Formulação de pressão de impacto. Estado de mar irregular, regular ou calmo. Wasim (1) Slide 25 Modelo linear – vista superior Modelo linear – vista inferior Modelo não-linear – vista inferior © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Wasim (2) Slide 26 Densidade da grade Extensão da grade Passo do tempo - Precisão - Estabilidade Duração da simulação - Transiente Controle do movimento horizontal. – Molas – Matriz de restauração – Leme com autopiloto. Cuidados Numéricos : © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Postresp Slide 27 Pós-processamento estatístico dos resultados hidrodinâmicos : No domínio da frequência – Funções de transferência definidas pelo usuário – Estatísticas de curto e longo prazo – Espectro de ondas : Pierson-Moskovitsz , Jonswap, ITTC, Torsethaugen,Ochi-Hubble – Distribuições : Rayleigh, Rice, Weibull – Ondas longas ou cristas curtas – Fadiga espectral – Slamming No domínio do tempo – Apresentação dos resultados em séries temporais – Transformações FFT – Valores extremos, ajuste por Weibull – Contagem de Rain-flow – Avaria por fadiga Heave response Pitch moment © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. POSTRESP – longo prazo POSTRESP – curto prazo Interação Postresp-Wadam Slide 28 Estado de Mar Função de Transferência Resposta Diagrama de Dispersão Resposta WADAM • Valores significativos / esperados • Probabilidade de exceder um nível de resposta • Valores extremos • Fadiga • Valores extremos • Operacionabilidade © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 29 Resposta de Curto Prazo Espectro de ondas para uma faixa de Tz - SW(ω) - Pierson-Moskowitz - ISSC - Jonswap - Torsethaugen - Ochi-Hubble - Gamma generalizado PIERSON-MOSKOWITZ Espectro de resposta para um determinado espectro de ondas Sr(ω) = SW(ω) x (HW(ω)) 2 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Cálculos Estatísticos Estatística de curto prazo - Para uma determinada duração do estado de mar - Calcule a resposta mais provável - Calcule a probabilidade de exceder um valor - Número de cruzamentos zero - Para um dado nível de resposta - Calcule a probabilidade de exceder um valor - Para uma dada probabilidade de exceder um valor - Calcule o nível de resposta equivalente Estatísticas de longo prazo - Defina a probabilidade em cada direção - Selecione o diagrama de dispersão - Selecione a função de espalhamento - Crie a resposta de longo prazo Slide 30 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Xtract Os resultados hidrodinâmicos podem ser animados pelo Xtract. Cada combinação frequência/direção é animada separadamente. Muito útil para verificação dos resultados. Dados que podem ser apresentados: - Elevação da onda. - Pressão no modelo estrutural. - Movimento do corpo rígido. - Tensões, forças e deformações a partir da análise de elementos finitos. Slide 31 GLview Plugin not installed. Press here to install plugin GLview Plugin not installed. Press here to install plugin G L v ie w 3 D P lu g i n [W a d a m _ lin _ s e m i. v t f] http://www.glview.com/plugin http://www.glview.com/plugin © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 32 O software © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Interface (GUI) Dicas e barra de status Menus e barra de ferramentas Área de trabalho Interface de linha de comandos Navegador Slide 33 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Ambiente Pastas de definição do ambiente Air - Perfis de vento (análise hidrostática) Directions - Conjunto de direções das ondas. Water - Conjunto de frequências, espectro, correnteza, dispersão das ondas, etc. (análise hidrodinâmica) Locations (uma ou mais) - Profundidade, densidade, gravidade - Subconjunto das frequências, direções, espectro, etc., definidos em Directions e Water Slide 34 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Modelagem Hidrodinâmica da Forma (1) 5 configurações de modelos hidrodinâmicos Modelo de painéis Modelo composto Modelo de Morison Modelo multi-corpos Modelo dual Slide 35 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Modelagem Hidrodinâmica da Forma (2) Montagem de todos os modelos utilizados nas análises, incluindo suas propriedades Definição dos modelos para análises multi-corpos - Reutilizando modelos hidrodinâmicos existentes • Estabilidade • Wasim Slide 36 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Modelo de Painéis (não válido para Wasim) Utilizado nos cálculos hidrostáticos ou hidrodinâmicos pela teoria poten- cial. O modelo de painéis default é o modelo do Sesam (T*.FEM). Um modelo de painéis na formatação do Wamit (GDF) também pode ser utilizado. Windows Explorer Slide 37 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Modelo de Seções (todos os tipos de análises) O modelo de seções descreve a geometria do modelo por um conjunto de curvas Slide 39 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Exemplo do Modelo de Seções Até 100 seções podem ser utilizadas Importação de DXF (lines, polylines, lwpolylines) Slide 40 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Criação do Modelo de Painéis a Partir das Seções Slide 41 Sugestão automática do núme- ro de painéis necessários para uma análise ótima : - Quando criando o modelo de pai- néis de um modelo de seções. - Baseado nas dimensões do mo- delo e critérios de malha. © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Sempre verifique o vetor normal Slide 42 Criação do Modelo de Painéis a Partir das Seções © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Definição da Bolina Slide 43 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Condições de Carregamento Posição da superfície livre Modelo de massas Enchimento de tanques Pontos fora do corpo Compartimentos A condição de carregamento contém todos os dados relacionados a um certo calado e ângulos de trim/banda: Condição de carregamento mostrando a superfície livre média Slide 44 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Criando uma Condição de Carregamento A condição de carregamento deve apresentar equilíbrio entre a flutuação e a massa - Definida no modelo de massas - Explicitamente definida pelo usuário Um modelo de massas é necessário para todas as estruturas flutuantes Slide 45 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Os dados podem ser definidos em diferentes sistemas de coordenadas Massa e CG (x, y) podem ser calculados do modelo de painéis. Outros dados devem ser fornecidos manualmente - Todos os dados devem ser calculados assumindo uma densidade homogênea do modelo de painéis - A massa e CG devem ser definidos pela flutuação Modelo de Massas (1) Opção 1 : Dados de massa definidos pelo usuário • 1 • 2 Slide 46 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Modelo de Massas (2) Apresente o modelo de massas com o modelo de painéis para verificar a consistência dos sistemas de coordenadas. Massas pontuais podem ser apresentadas. Opção 2 : Distribuição de massas lida de arquivo Slide 47 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Modelo de Massas (3) Alguns recursos são especialmente úteis para trim/banda Opção 3 : Especifique a matriz de massas Slide 48 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Assistente – Hidrostática e Estabilidade Guia passo a passo através da modela- gem. Seleção da norma de verificação (navios e plataformas, intacta e avariada). Slide 49 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Assistente – Wadam Guia passo a passo através da modelagem. Quatro tipos de modelos principais podem ser utilizados : - Modelo de painéis - Modelo de Morison - Modelo composto - Modelo dual Ajustes individuais para cada tipo de modelo. Slide 50 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Assistente – Wasim Apenas o modelo de seções é utilizado Slide 51 © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados. Slide 52 Alguns Usuários HidroD/Wadam/Wasim http://www.akersolutions.com/Internet/ © Det Norske Veritas Ltda. Todos os direitos reservados.Slide 53 • Slide 53 ? 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 Salvaguardando a vida, a propriedade e o meio ambiente Dúvidas www.dnv.com.br
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