Estudos numéricos sobre a concomitância dos fenômenos de vibrações induzidas por vórtices (VIV) e de excitação paramétrica em cilindros rígidos montados em apoio elástico.

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Oliveira, Michel Freitas Miudo de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Estruturas; Excitação paramétrica; Hidrodinâmica; Investigação numérica; Method of multiple scales; Método das múltiplas escalas; Modelos fenomenológicos; Numerical investigation; Parametric excitation, Wake-oscillator models; Vibrações; Vortex-Induced Vibrations
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-21122021-101451/

As vibrações induzidas pela emissão vórtices (VIV) são um fenômeno de interação fluido-estrutura comum em vários problemas de engenharia. Outro fenômeno comumente encontrado em aplicações tecnológicas é a excitação paramétrica, que está associada à dependência do tempo de, ao menos, um dos parâmetros do modelo matemático. Quando a rigidez varia de forma harmônica com a frequência igual ao dobro do valor de uma das frequências naturais da estrutura, a configuração do equilíbrio trivial torna-se instável para o sistema linear não amortecido e surge instabilidade paramétrica. No contexto da dinâmica de risers, o VIV pode ocorrer concomitantemente ao fenômeno de excitação paramétrica devido à presença de correnteza marítima e modulação da rigidez geométrica, essa última associada aos movimentos da unidade flutuante no plano vertical. Este trabalho faz a investigação numérica da resposta de um cilindro rígido montado em base elástica com um e dois graus de liberdade sujeito à excitação concomitante pelo fenômeno de VIV e pela excitação paramétrica. As forças hidrodinâmicas são modeladas por meio de modelos fenomenológicos caracterizados pela equação de van der Pol. Curvas de amplitude característica em função da velocidade reduzida, ilustram o comportamento do sistema na região de lock-in. Esta pesquisa mostra que, ao contrário do observado para cilindros flexíveis, a excitação paramétrica amplifica a resposta VIV apenas em uma faixa estreita de velocidades reduzidas próximas ao pico de resposta do cilindro. Esse aumento na resposta do cilindro é acompanhado por um aumento nos coeficientes de força. Observou-se que existem algumas respostas moduladas em amplitude com rico conteúdo espectral. Esses últimos resultados são confirmados por um estudo analítico desenvolvido usando o método de escalas múltiplas. Também foi utilizada a Transformada de Hilbert-Huang, como análise no domínio do tempo-frequência e que é própria para utilização em sinais não estacionários. Destaca-se que a excitação paramétrica pode aumentar a amplitude da resposta da estrutura quando comparada ao caso somente do fenômeno de VIV.