A análise das estruturas é feita com dois solvers: o do TPN e o do Nastran. O primeiro calcula o comportamento dinâmico do sistema, além das tensões nas linhas acopladas ao mo- delo hidrodinâmico; o segundo calcula a resposta estrutural do modelo 3D, pelo método dos elementos nitos.
Primeiramente o sistema oceânico é modelado em sua con guração com o pré-processador Prea3D, tanto o casco em si quanto a con guração das linhas de riser e ancoragem, e depois analisado no TPN, onde se veri ca, por exemplo, se o número de linhas utilizados é o correto, além dos movimentos na unidade utuante. Este resultado das componentes das forças das linhas de risers e amarrações do sistema é salvo num arquivo.
Esta saída do programa é transformada em um arquivo do tipo .SES, extensão de inserção de dados numa seção do Patran (Input). Os arquivo .SES utilizam a linguagem nativa PCL, da MSC, que também foi objeto de estudo. Esta linguagem permite a criação, parametrização e manipulação de dados e arquivos em ambos os programas da MSC: Patran e Nastran.
Criou-se então um interpretador de TPN/PCL. Essa interface consiste numa rotina capaz de ler o resultado das forças e momentos no topo de cada uma das n linhas de risers e amarrações analisadas pelo TPN, e transformar esta série temporal num arquivo de campo (Fields) do MSC Patran. Essa interface é discutida em detalhes na seção 4.4.1.
Este arquivo, depois de aberto no MSC Patran, vira um campo de forças variável ao longo do tempo, e pode ser aplicado em qualquer nó da estrutura. Nesse instante a estrutura deve ser modelada em 3D com elementos de casca (shell), pois em estudo veri cou-se que os atuais computadores já suportam a modelagem completa da estrutura sem elementos de treliça ou viga, sem a perda de resultados ou tempo computacional elevado [8]. A Figura 4.1 mostra um grá co desse campo de forças calculado no TPN para o tempo de 15.000 segundos, e inserido no MSC Patran por um arquivo do tipo .SES em linguagem PCL. O grá co foi gerado pelo próprio software.
Foi desenvolvida uma outra rotina de interface que, a partir do arquivo .F06 de saída da análise do Nastran, interpreta os dados e os salva num arquivo binário para o pós-processamento
Figura 4.1: Captura de tela do grá co gerado pelo MSC Patran da série temporal da força axial de uma linha de riser em seu topo (kN x segundos) importada do TPN
no TPNView. Essa rotina foi desenvolvida em linguagem Python. Esta rotina tem sua estrutura comentada em detalhes na seção 4.4.2.
Para a visualização, o TPN conta com o programa TPNView, criado, personalizado e oti- mizado pela equipe do TPN. É em tal programa que foi implementada a tecnologia de análise estrutural, assim como a rotina de visualização dinâmica, em conjunto das demais hidrodinâ- micas existentes. Também foi inserida no software a rotina que hoje transforma os arquivo do TPN em .SES, para que o processo que mais ágil.
4.2.1 Etapas da Metodologia
O processo da metodologia de análise estrutural e pós-processamento pode é representado de forma concisa pelo uxograma da Figura 4.2.
As partes do uxograma são descritas da seguinte maneira:
1 - Condições Ambientais Dinâmicas: Conjunto de fatores físicos que in uenciam diretamente as estruturas navais e oceânicas. Têm seus valores alterados ao longo do tempo, e por isso são consideradas dinâmicas.
2 - Estrutura Oceânica: Parte do sistema oceânico modelado. É o objeto de estudo que se deseja analisar e visualizar. É modelado pelo Prea3D para estudo hidrodinâmico no TPN e no Patran para o MEF.
3 - Cargas Ambientais: Normalmente as principais cargas de meio ambiente que atin- gem um sistema oceânico são as forças de correnteza, ondas e ventos, porém outras cargas externas podem ser adicionadas ao modelo. São inseridas de forma diferente nos dois softwa- res analisados. No TPN entra-se com os parâmetros básicos que regem cada uma das forças - como velocidade da correnteza, altura signi cativa da onda, velocidade do vento - e depois de analisado obtém-se o comportamento da unidade utuante e as reações nas linhas de riser e amarração. No MSC Patran é inserido como carga inicial essa resposta ao longo do tempo das forças e momentos da cabeça do risers da saída do TPN. O riser modelado e analisado sob uma condição ambiental no TPN tem como resultado uma série temporal de cargas, sendo estas cargas, utilizadas no Patran como condições de carregamentos. Carga especí cas para cada caso, como por exemplo a pressão hidrostática em corpos submersos, também devem ser consideradas para o modelo de MEF.
4 - Modelo e Condições de Contorno: O sistema estudado fornece dois modelos dis- tintos. O primeiro é do sistema como um todo a ser modelado para o TPN, onde se entra com parâmetros do tipo: casco, tipos de amarração, números de linhas, con guração, etc. As con- dições de contorno para esse modelo englobam, principalmente, a con guração das linhas, suas formas e comprimentos, além do aproamento da unidade utuante e seu passeio permitido. O sistema é modelado (pré-processado) no Prea3D. Já o segundo modelo é feito no Patran, para cálculo por MEF. Somente a estrutura que se deseja analisar é modelada por vez. Suas condições de contorno e graus de liberdade estão veiculadas à forma e uso, além das cargas dinâmicas que recebe da análise feita pelo TPN. Porém, há a possibilidade de se anexar no pós-processador diversos modelos distintos de MEF à um único caso hidrodinâmico e, assim,
analisar de uma só vez o comportamento estrutural de diversos corpos.
5 - Simulador Hidrodinâmico: Primeiro processador da metodologia, onde o sistema modelado no Prea3D é analisado no TPN. Dessa análise se obtém o comportamento do sistema modelado, com a série temporal dos movimentos dos corpos utuantes e dinâmicas das linhas de risers e amarração.
6 - Interface simulador / pré-processador MEF: Rotina que transforma a série tem- poral das forças e momentos das linhas calculadas pelo simulador hidrodinâmico em valores a serem inseridos no MSC Patran como cargas.
7 - Pré-processador MEF: Programa de pré-processamento de elementos nitos que modela a estrutura analisada e insere como cargas dinâmicas o resultado do TPN. No MSC Patran são colocadas também as condições de contorno à que a estrutura está submetida.
8 - Solver MEF: O MSC Nastran é o segundo processador da metodologia, que analisa por MEF a estrutura modelada no MSC Patran.
9 - Interface solver / pós-processador: Rotina que lê o modelo, seus deslocamentos e tensões a partir do arquivo de saída do MSC Nastran e prepara para visualização no TPNView. 10 - Pós-processamento (TPNVIew - Estruturas): Visualização da estrutura. Código incorporado no TPNView, que permite a visualização, tanto da resposta hidrodinâmica do sistema, quanto da estrutural. Também é capaz de inserir diversos modelos de MEF para um único caso hidrodinâmico, permitindo assim a análise em conjunto de diversas partes do sistema.
Organizadas do modo tradicional - pré-processamento, processamento e pós-processamento - as etapas de Meio Ambiente Dinâmico, Cargas ambientais, Estrutura Oceânica e Mo- delo/Condições de Contorno fornecem informações que, pré-processadas, são analisadas no TPN. Com isso, além das informações iniciais, os resultados dinâmicos calculados pelo TPN são inseridos no pré-processador estrutural MSC Patran, após rotina de exportação colocada no TPNView. O processamento da análise estrutural é feito no Nastran. Por m, o pós- processamento é feito no TPNView a partir de uma rotina de visualização.
oceânico. O exemplo do SSB - Boião, apresentado no capítulo 5, exempli ca isso por ser uma estrutura dentro do sistema como um todo. As variáveis importantes utilizadas como input para a pesquisa concentram-se não no movimento da unidade utuante ou valor da tensão das linhas no fundo do mar, mas no resultado das forças e momentos nas extremidades das linhas. Apesar de parecer pouco, essa série temporal calculada pelo TPN tem in uência direta no projeto da unidade, seja ela uma plataforma do tipo semi-submersível ou navio FPSO, pois nos modernos projetos há dezenas de fairleads e ex joint's gerando esforços no casco.
Como output espera-se obter um valor con ável do deslocamento e tensões nos modelos de elementos nitos submetidos às cargas calculadas.