Determinação experimental da razão de amortecimento em amostra de riser

Abstract

A operação de plataformas oceânicas é dependente em parte das funções exercidas por risers. Essas estruturas flexíveis esbeltas são responsáveis pelo transporte de fluidos e gases do leito até a superfície. A configuração global de lançamento dessas linhas as expõe a intempéries do ambiente oceânico, em particular a oscilações laterais e longitudinais cíclicas, induzidas pela correnteza e pelo movimentos do topo. Este carregamento repetitivo é determinante da falha por fadiga. A amplitude desses deslocamentos é fortemente influenciada pela capacidade de dissipação energética do sistema. Parte dessa dissipação decorre da interação entre as diversas camadas não-solidárias internas à estrutura, e da resposta sob esforço dos materiais que as compõe. Neste contexto, o presente trabalho é redigido, originado de uma pesquisa que objetiva a quantificação empírica dessa dissipação. A grandeza física mais relevante para essa quantificação é a razão de amortecimento. A medição desta grandeza é feita via ensaios de Decaimento Livre e de Flexão Cíclica sobre um segmento de 6 metros de uma linha de riser descomissionada, com variação sistemática da amplitude de oscilação e da pressurização interna da amostra. Análise das séries temporais coletadas se dá mediante aplicação do modelo de Oscilador Linear para o Decaimento Livre e Oscilador Bilinear para Flexão Cíclica. Dois regimes de rigidez e dissipação foram observados nos ensaios de Decaimento, caracterização dos quais foi possibilitada pelos ensaios de Flexão Cíclica. A conjunção dos resultados das análises de ambos ensaios permite entendimento adicional do comportamento da dinâmica da estrutura e dos seus mecanismos estruturais de amortecimento.

Abstract: The operation of ocean platforms is partly dependent on the functions performed by risers. These slender flexible structures are responsible for transporting fluids and gases from the seabed to the surface. The global configuration of these lines exposes them to the adverse conditions of the oceanic environment, in particular to cyclical lateral and longitudinal oscillations, induced by the current and top movements. This repetitive loading is determinant to the fatigue failure mode. The amplitude of these displacements is strongly influenced by the energy dissipation capacity of the system. Part of this dissipation arises from the interaction between the various unbonded internal layers of the structure, and the stress response of the materials that compose them. In this context, the present work is written, from a research that aims to empirically quantify this dissipation. The most relevant physical quantity for this quantification is the damping ratio. Its magnitude is measured via Free Decay and Cyclial Bending tests on a 6-meter long segment of a decommissioned riser line, with systematic variation of the oscillation amplitude and internal pressurization of the sample. Analysis of the collected time series is carried out by applying the Linear Oscillator model for the Free Decay tests and Bilinear Oscillator model the for Cyclical Bending. Two regimes of stiffness and dissipation were observed in the Decay tests, characterization of which was made possible by the Cyclic Baending tests. The combination of the results of the analyzes of both tests allows additional understanding of the structure's dynamic behavior and its structural damping mechanisms.