Uma discussão sobre identificação de danos em tubos parametricamente excitados

Autor: Vinicius Vaguetti da Costa
Přispěvatelé: Guilherme Rosa Franzini, André Luís Condino Fujarra, Marcela Rodrigues Machado
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: Offshore risers are crucial structures employed in deepwater exploitation. They are responsible for connecting the floating unit to the sub-sea system, being used on drilling operations and for conveying oil and gas from the bottom of the sea to the surface. These pipes, however, are constantly subjected to several dynamic forces and, not rarely, fail. These forces have a complex nature and are difficult to model in order to predict risers failure. An alternative approach to the problem of preventing failure in this structures is the employment of Structural Healthy Monitoring (SHM) techniques. SHM makes use sensors distributed along the structure and monitors changes in the measurements to describe the structure condition. The present work studies the application of a particular SHM methodology in order to identify damages on vibrating rod models, being the dynamics of risers one of the motivations. The methodology employs Wavelet Transform and Second-Order Blind Identification (SOBI) aiming at recovering the most energetic mode shapes of undamaged and damaged rod models, herein studied using Finite Element Method (FEM). Subsequently, a damage index (DI) is applied to compare the mode shapes of the undamaged and damaged structures in order to estimate damage spot. The methodology is applied to a 500 m long vertical rod model subjected to parametric excitation. Vibration data is acquired in equidistant nodes simulating sensors distributed along the structure and a white noise signal is added to the vibrational signals. Rod models with damages in different spots and with different severities are generated and simulated. The rods are parametrically excited in the 10th, 15th and 20th modes separately and the results for these excitation conditions are compared. The results show that the technique is successful on estimating the damage spots on the rod models, depending on the damage position, damage severity, excited mode and distance between sensors. Risers são estruturas cruciais empregadas na exploração em águas profundas, sendo responsáveis por conectar a unidade flutuante com os equipamentos submarinos, além de dar apoio a operações de perfuração e condução de óleo e gás do leito do mar à superfície. Estes tubos, entretanto, estão constantemente sujeitos a esforços dinâmicos severos e, não raramente, se rompem. Estes esforços possuem uma natureza complexa, sendo difícil modelá-los para prever a falha dos risers. Uma abordagem alternativa para o problema de prevenção de falha nestas estruturas é o uso de técnicas de Structural Healthy Monitoring (SHM), que consiste no uso de sensores distribuídos ao longo da estrutura e o consequente monitoramento de mudanças nas medições para descrever a condição da integridade da estrutura. O presente trabalho estuda a aplicação de uma metodologia de SMH específica na identificação de danos em modelos de tubos. A metodologia usa Transformada Wavelet e Second-Order Blind Identification (SOBI) para recuperar os modos mais energéticos dos modelos íntegros e danificados, ambos modelados com uso do Método dos Elementos finitos (MEF). Em seguida, um índice de dano (DI) é empregado para comparar os modos das estruturas íntegras e danificadas e estimar a posição do dano. A metodologia é aplicada a um modelo de tubo vertical com comprimento de 500 m sujeito ao fenômeno de excitação paramétrica. Os dados de vibração são aquisitados em nós equidistantes simulando sensores distribuídos ao longo da estrutura e um sinal de ruído branco é adicionado aos sinais de vibração. Modelos de viga com danos em diferentes posições e com diferentes severidades são gerados e simulados. Nesta dissertação, as estruturas são parametricamente excitadas no 10º, 15º e 20º modos separadamente e os resultados das condições de excitação são comparados. Os resultados apontam que a técnica é eficaz na estimação das posições dos danos, dependendo da posição do dano, severidade do dano, modo excitado e distância entre sensores.
Databáze: OpenAIRE
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