Dynamics of pipes conveying fluid under vortex-induced vibrations and torsional loads: a reduced-order model approach via a modular based strategy (2025)
- Authors:
- Autor USP: TOMIN, DANIEL DE OLIVEIRA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PNV
- Subjects: INTERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA; TUBOS; VIBRAÇÕES; VÓRTICES DOS FLUÍDOS
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Dentre os problemas de interação fluido-estrutura, o desenvolvimento de estudos analíticos de tubos flexíveis sob ação combinada de escoamento interno, escoamento externo ou mesmo carregamentos torcionais ainda é limitado na literatura atual. Os efeitos fluidodinâmicos são bem documentados individualmente: no que tange ao escoamento interno, oscilações amortecidas ou ciclos limites periódicos são observados de acordo com a magnitude do perfil de velocidade; já o escoamento externo é relacionado a forças hidrodinâmicas e fenômenos como galloping, flutter ou vibrações induzidas por vórtices (VIV). O presente projeto de pesquisa trata da derivação e análise de modelos de ordem reduzida (MORs) tridimensionais para o tubo esbelto, flexível e engastado-livre escoando fluido monofásico e sujeito ao fenômeno de VIV, além de momentos torcionais pontuais. É um sistema aberto, em que termos relacionados ao transporte material devem ser contabilizados corretamente através de formulações estendidas para massa variável, de forma consistente com a conservação de massa do fluido interno. Os regimes de aspiração e ejeção são contemplados e os carregamentos relacionados ao VIV são obtidos com modelos fenomenológicos. A derivação dos modelos é realizada usando uma estratégia recursiva modular através da aplicação conjunta do Método de Galerkin e da Metodologia Modular de Modelagem (MMM), facilitando o tratamento de termos não-lineares com a definição de variáveis redundantes. Essa abordagem também possibilita a consideração de diferentes hipóteses e condições de contorno através da introdução de equações de vínculo adicionais. Um estudo paramétrico detalhado sobre estabilidade é proposto, visando idenficar a influência da condição de extensibilidade axial, das forças de arrasto, da massa adicional e decarregamentos de torção. Tratando-se de casos com torção, o sistema tem uma resposta dinâmica complexa que inclui flambagem, estabilidade ou instabilidade dinâmica. Já os cenários de arrasto revelaram a presença de direções preferenciais de instabilidade, estabelecendo duas velocidades críticas que podem ser distintas. Simulações numéricas consistentes com a análise linear também são apresentadas. Em especial, cenários de simulação de VIV mostram a mitigação ou amplificação da amplitude, de acordo com a magnitude do escoamento interno.
- Imprenta:
- Data da defesa: 25.11.2025
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ABNT
TOMIN, Daniel de Oliveira. Dynamics of pipes conveying fluid under vortex-induced vibrations and torsional loads: a reduced-order model approach via a modular based strategy. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2025. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-08042026-095822/pt-br.php. Acesso em: 14 abr. 2026. -
APA
Tomin, D. de O. (2025). Dynamics of pipes conveying fluid under vortex-induced vibrations and torsional loads: a reduced-order model approach via a modular based strategy (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-08042026-095822/pt-br.php -
NLM
Tomin D de O. Dynamics of pipes conveying fluid under vortex-induced vibrations and torsional loads: a reduced-order model approach via a modular based strategy [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 14 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-08042026-095822/pt-br.php -
Vancouver
Tomin D de O. Dynamics of pipes conveying fluid under vortex-induced vibrations and torsional loads: a reduced-order model approach via a modular based strategy [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 14 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-08042026-095822/pt-br.php
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