FREE VIBRATIONS OF CATENARY RISERS WITH INTERNAL FLUID
Risers são estruturas tubulares cilíndricas usadas para transferir petróleo e gás desde um poço de petróleo localizado no fundo do mar até uma plataforma flutuante de produção de petróleo. O presente trabalho calcula as frequências naturais de um riser de aço em catenária com um escoamento interno incompressível. O riser, objeto deste estudo, é visto como uma viga plana curva e extensível, a qual experimenta grandes deslocamentos porém pequenas deformações. O escoamento interno é visto como uma barra de flexibilidade infinita viajando ao longo do riser com velocidade constante. As equações do movimento do riser são desenvolvidas em coordenadas cartesianas via a abordagem variacional utilizando o princípio da energia potencial estacionária. O método de elementos finitos é utilizado para às análises estática e dinâmica não linear do riser. Para a solução das equações não lineares de equilíbrio estático, o método iterativo de Newton-Raphson é utilizado. As frequências naturais do riser são determinadas para diferentes velocidades do escoamento interno e para diferentes valores do módulo de elasticidade do riser. Os resultados obtidos são comparados satisfatoriamente com dados da literatura.
FREE VIBRATIONS OF CATENARY RISERS WITH INTERNAL FLUID
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DOI: 10.22533/at.ed.73122060122
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Palavras-chave: Riser de aço em catenária. Vibrações livres. Método dos elementos finitos. Problema de autovalores
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Keywords: Steel catenary risers. Free vibration. Finite element method. Eigenvalue problem.
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Abstract:
Risers are cylindrical tubular structures used to produce/convey subsea oil and gas from wells located on the seafloor up to a floating production platform. The present work calculates the fundamental frequencies of a steel catenary riser with an incompressible internal fluid. The riser, object of this study, is seen as a plane extensible beam, which suffers large displacements but with small deformations. The internal fluid is consider like a bar of infinite flexibility travelling along of riser with constant velocity. The riser's equations of motion are developed in Cartesian coordinates by using the principle of stationary potential energy. The finite element method (FEM) is used for the non-linear static and dynamic analysis of the riser. To solve the non-linear equation, the Newton-Raphson iterative method is used. The fundamental frequencies of a riser are determined for different velocity values of the internal fluid, and for different values of the elasticity modulus. The numerical results are in good agreement with those described in the literature.
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Número de páginas: 15
- Juan Pablo Julca Avila
- Joseph Arthur Meléndez Vásquez
