Modification of the Rigid Finite Element Method in Modeling Dynamics of Lines and Risers

• Autorzy: Adamiec-Wójcik I. , Brzozowska L. , Wojciech S.

Warianty tytułu

PL

Modyfikacja metody sztywnych elementów skończonych w modelowaniu dynamiki lin i riserów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an application of the modified rigid finite element method to analysis of the dynamics of slender structures. The equations of motion are formulated for a system discretized by means of the method, and discussion is limited to planar systems and large deformations. Slender elements can be found in offshore engineering as lines, cables and risers. In these cases the hydrostatic influence of water and sea currents has to be taken into account. While analyzing dynamics of risers it may also be necessary to consider the flow of fluid inside the riser. The influence of hydrodynamic coefficients and the velocity of the internal flow of fluid on displacements and forces is presented.

PL

W pracy przedstawiono zastosowanie zmodyfikowanej metody elementów skończonych do analizy dynamiki wiotkich struktur. Sformułowano równania ruchu układu dyskretyzowanego prezentowaną metodą, przy ograniczeniu rozważań do płaskich układów i uwzględnieniu dużych ugięć. Elementy wiotkie spotykane są często w technice offshore’owej jako liny, kable i risery. Analizę dynamiki tych elementów trzeba jednak wówczas uzupełnić o hydrostatyczne oddziaływania wody i prądów morskich. W przypadku riserów, należy też uwzględnić możliwość przepływu płynu w ich wnętrzu. Na przykładzie risera pokazano wpływ współczynników hydrodynamicznych i prędkości przepływu płynu we wnętrzu risera na przemieszczenia i siły.

Słowa kluczowe

EN

slender links; rigid finite element method; risers; hydrodynamic forces; internal flow

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. LX, nr 3
• Strony: 409--429
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Adamiec-Wójcik I.

• University of Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała

autor

Brzozowska L.

• University of Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała

autor

Wojciech S.

• University of Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała

Bibliografia

• [1] Patel M.H., Seyed F.B.: Review of flexible riser modelling ana analysis techniques, Engineering Structures, 1995, Vol. 17, No. 4, pp. 293-304.
• [2] Raman-Nair W., Baddour R.: Three-dimensional dynamics of a flexible marine riser undergoing large elastic deformations. Multibody System Dynamics, 2003, 10, pp. 393-423.
• [3] Liping S., Bo Q.: Global analysis of a flexible riser. Journal of Marine Science and Application, 2011, 10, pp. 478-484.
• [4] Xu X., Wang S.: A flexible-segment-model-based dynamics calculation method for free hanging marine risers in re-entry. China Ocean Engineering, 2012, 26, pp. 139-152.
• [5] Jensen G.A., S¨afstr¨om N., Nguyen T.D., Fossen T.F.: A nonlinear PDE formulation for offshore vessel pipline installation, Ocean Engineering, 2000, 37, pp. 365-377.
• [6] Park H-I., Jung D-H.: A finite element method for dynamic analysis of long slender marine structures under combined parametric and forcing excitations, Ocean Engineering, 2002, 29, pp. 1313-1325.
• [7] Niedzwecki J.M., Liegre P.-Y.F.: System identification of distributed-parameter marine riser models, Ocean Engineering, 2003, 30, pp. 1387-1415.
• [8] Chen H., Xu S., Guo H.: Nonlinear analysis of flexible and steel catenary risers with internal flow and seabed interaction effects, Journal of Marine Science and Application, 2011, 10, pp. 156-162.
• [9] Chai Y.T., Varyani K.S.: An absolute coordinate formulation for three-dimensional flexible pipe analysis, Ocean Engineering, 2006, 33, pp. 23-58.
• [10] Wittbrodt E., Adamiec-Wójcik I., Wojciech S.: Dynamics of flexible multibody systems: rigid finite element method, Berlin: Springer, 2006.
• [11] Szczotka M.: The rigid finite element method in modeling of nonlinear offshore systems.(in Polish) - Gdansk University of Technology Publishing Office, Monographs 107, Gdansk, 2011.
• [12] Wittbrodt E., Szczotka M., Maczynski A., Wojciech S.: Rigid finite element method in analysis of dynamics of offshore structures. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2012.
• [13] Wojciech S.: Dynamics of planar linkage mechanisms with considerations of both flexible links and friction as well as clearance in joints. (in Polish) - Publishing Office of the Technical University of Łódz, Monographs 66, Łódz, 1984.
• [14] Szczotka M., Wojciech S., Maczynski A.: Mathematical model of a pipelay spread. The Archive of Mechanical Engineering 2007, Vol. 54, Iss. 1, pp. 27-46.
• [15] Szczotka M.: Pipe laying simulation with an active reel drive. Ocean Engineering 2010, 37, pp. 539-548.
• [16] Adamiec-Wójcik I., Wojciech S., Wittbrodt E.: Rigid finite element method in modeling of bending and longitudinal vibrations of ropes, International Journal of Applied Mechanics and Engineering 2012, Vol. 17, No. 3, pp. 665-676.
• [17] Adamiec-Wójcik I., Wojciech S.: Application of the rigid finite element method in dynamic analysis of plane manipulators, Mech. Mach. Theory 1993, Vol. 28, No. 3, pp. 327-334.
• [18] Shabana A.A.: Dynamics of multibody systems, Second Edition, Cambridge University Press, 1998.
• [19] Kaewunruen S., Chiravatchradej J., Chucheepsakul S.: Nonlinear free vibrations of marine risers/pipes transporting fluid. Ocean Engineering, 2005, 32, pp. 417-440.
• [20] Larsen C.M.: Flexible riser analysis - Comparison of results from computer programs, Marine Structures, 1992, 5, pp. 103-119.