00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC
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Tipo: Dissertação
Título: Contribuições para a otimização do posicionamento de suportes na mitigação de vibrações induzidas por vórtices em dutos rígidos submarinos em vãos livres
Autor(es): Miranda, Matheus Amancio
Primeiro Orientador: Lages, Eduardo Nobre
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Ramos Júnior, Adeildo Soares
metadata.dc.contributor.referee1: Silveira, Eduardo Setton Sampaio da
metadata.dc.contributor.referee2: Cardoso, Carlos de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee3: Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Resumo: Os dutos rígidos submarinos são essenciais para o escoamento de hidrocarbonetos na exploração offshore. Entretanto, os vãos livres, formados pelas irregularidades do leito marinho e submetidos a ações ambientais, representam risco à integridade estrutural dos dutos, podendo levar a falhas por fadiga decorrentes de vibrações induzidas por vórtices (VIV). Para mitigar esses efeitos, inspeções periódicas avaliam a necessidade de intervenções, como a instalação de suportes. No entanto, a escolha da solução deve equilibrar custo e eficácia, o que demanda simulações numéricas baseadas no Método dos Elementos Finitos, alinhadas à recomendação prática DNV-RP-F105. Este trabalho propõe uma estratégia de otimização para o posicionamento de suportes em vãos livres de dutos submarinos, visando a mitigação de VIV. A abordagem utiliza uma função objetivo que representa o custo associado à inclusão de suportes, em que cada vão livre pode conter um fator de penalização distinto. Além disso, considera-se uma restrição baseada na primeira frequência natural de vibração da estrutura. A metodologia envolve o desenvolvimento e validação de um modelo numérico simplificado para análise das frequências e modos naturais de vibração, explorando diferentes modelagens do solo (bases elásticas discretas e contínuas) e condições de contorno. Além disso, um módulo de otimização discreta é integrado ao modelo, permitindo a aplicação de algoritmos metaheurísticos (algoritmo genético) ou determinísticos (método de ramificar e limitar, ou branch-and-bound). Os resultados evidenciam a eficiência da estratégia proposta, destacando o desempenho do método de ramificar e limitar, que alcança a solução ótima com um número reduzido de avaliações da função objetivo e sem aleatoriedade no processo de busca.
Abstract: Subsea rigid pipelines are essential for hydrocarbon flow in offshore exploration. However, free spans caused by seabed irregularities and exposed to environmental loads pose a significant risk to pipeline structural integrity, potentially resulting in fatigue failure induced by vortex-induced vibrations (VIV). To mitigate these effects, periodic inspections assess the need for interventions, such as the installation of supports. However, selecting a solution must balance cost and effectiveness, requiring numerical simulations based on the Finite Element Method, following the DNV-RP-F105 recommended practice. This study proposes an optimization strategy for positioning supports in free spans of subsea pipelines to mitigate VIV. The approach employs an objective function representing the cost associated with support installation, where each free span can have a distinct penalty factor. Additionally, a constraint based on the structure’s first natural frequency is considered. The methodology involves developing and validating a simplified numerical model for analyzing natural frequencies and vibration modes and exploring different soil modeling approaches (discrete and continuous elastic foundations) and boundary conditions. Additionally, a discrete optimization module is integrated into the model, applying metaheuristic (genetic algorithm) or deterministic (branch-and-bound algorithm) optimization techniques. The results highlight the efficiency of the proposed strategy, emphasizing the performance of the branch-and-bound algorithm, which achieves optimal support positioning with fewer objective function evaluations and without randomness in the search process.
Palavras-chave: Dutos
Dutos submarinos
Vibrações induzidas por vórtices
Otimização estrutural
Pipelines
Subsea rigid pipelines
Vortex-Induced Vibrations
Structural optimization
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação: MIRANDA, Matheus Amancio. Contribuições para a otimização do posicionamento de suportes na mitigação de vibrações induzidas por vórtices em dutos rígidos submarinos em vãos livres. 2026. 95 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Centro de tecnologia, Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://www.repositorio.ufal.br/handle/123456789/18226
Data do documento: 21-mar-2025
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