Metodologia para construção de modelos flexíveis com instrumentação interna por meio de impressão 3D

Abstract

A compreensão do fenômeno de vibrações induzidas por vórtices (VIV) em risers é fundamental para a engenharia naval, especialmente no contexto da indústria offshore, onde os risers estão sujeitos a correntes oceânicas e, consequentemente, vibrações geradas por vórtices. As vibrações podem reduzir a vida útil do equipamento, uma vez que, conforme a intensidade e a frequência de excitação, o material que compõe a estrutura pode ser submetido a uma fadiga prematura. Neste contexto, apresenta-se neste trabalho uma metodologia para construção de um modelo flexível com instrumentação interna em escala reduzida, empregando a manufatura aditiva com modelagem por deposição fundida (FDM) utilizando filamento flexível, a fim de caracterizar as frequências naturais e os modos de vibrar de um modelo flexível que representa a dinâmica dos risers. A concepção do modelo em uma impressora 3D FDM permite a criação prévia de um modelo tridimensional em um software computer-aided design (CAD), possibilitando a análise completa do modelo antes da fabricação e garantindo a padronização dos modelos. A validação foi realizada a partir de uma análise do comportamento dinâmico do modelo em configuração vertical, engastado pelo topo, por meio de ensaios de decaimento de vibração livre, permitindo a decomposição das frequências e modos naturais de vibração. Com isso, ao entender como o sistema vibra, é possível evitar fenômenos como o de fadiga causado pelo VIV. Espera-se que este estudo contribua para o avanço dos dados sobre VIV em modelos flexíveis e para o desenvolvimento de estratégias de mitigação das vibrações em estruturas offshore.