Investigação de metodologias para a realização de análises estatísticas e de incertezas aplicadas a experimentos de VIV em canais de água circulante.

Abstract

Este trabalho apresenta a investigação de metodologias para a realização de análises estatísticas de dados e de incertezas aplicadas a experimentos de Vibração Induzida por Vórtices (VIV) em canal de água circulante. Inicialmente, foram conduzidas uma análise bibliométrica e uma revisão sistemática da literatura em base internacional de artigos científicos, as quais evidenciaram diferentes abordagens experimentais, numéricas e estatísticas sobre o tema, mas também revelou a ausência de estudos dedicados ao comportamento da incerteza em função do tamanho da amostragem. Em seguida, foi projetada, montada e acompanhada a execução da instrumentação experimental para os ensaios no canal de água circulante, integrando o modelo cilíndrico, a base elástica e o sistema de monitoramento óptico de rastreamento de movimento. Os sinais adquiridos foram processados para extração dos picos de oscilação transversal, sendo avaliada a prática usual de considerar os 10% dos maiores picos para o cálculo da razão entre a amplitude e o diâmetro do cilindro. A evolução das médias para amostragens acumuladas e constantes foi avaliada em termos das incertezas previstas em intervalos de tolerância para um e dois desvios-padrão, em função do tamanho da amostra para 10% dos maiores picos. Assim os resultados demonstraram que o tamanho amostra interfere na incerteza associada, fornecendo maior robustez estatística às estimativas e possibilitando assim uma análise do valor de incerteza aceitável com o tamanho da amostra necessário para esse resultado. Dessa forma, o trabalho contribui metodologicamente ao propor e validar procedimentos de análise de incerteza em experimentos de VIV, oferecendo subsídios para futuras pesquisas experimentais e comparações com modelos numéricos.

This work presents the investigation of methodologies for performing statistical data analyses and uncertainty assessments applied to Vortex-Induced Vibration (VIV) experiments in a circulating water channel. Initially, a bibliometric analysis and a systematic literature review were conducted using an international database of scientific articles. These revealed different experimental, numerical, and statistical approaches to the subject, but also highlighted the absence of studies dedicated to the behavior of uncertainty as a function of sample size. Subsequently, the experimental instrumentation for the tests in the circulating water channel was designed, assembled, and implemented, integrating the cylindrical model, the elastic base, and the optical motion tracking monitoring system. The acquired signals were processed to extract the peaks of transverse oscillations, and the common practice of considering the top 10% of peaks for calculating the amplitude-to-diameter ratio of the cylinder was evaluated. The evolution of the mean values for both accumulated and constant samplings was analyzed in terms of uncertainties estimated by tolerance intervals at one and two standard deviations, as a function of sample size for the top 10% of peaks. The results demonstrated that sample size directly affects the associated uncertainty, providing greater statistical robustness to the estimates and enabling the determination of an acceptable uncertainty value together with the minimum sample size required to achieve it. Therefore, this study contributes methodologically by proposing and validating procedures for uncertainty analysis in VIV experiments, offering support for future experimental research and comparisons with numerical models.