Proj. Sistemas Oceânicos

Projeto de Sistemas Oceânicos

Projeto de otimização de plataforma semi-submersível para produção offshore, com análises hidrostáticas, de pesos e hidrodinâmicas integradas em um modelo orientado a objetos.

Conteúdo

Arquivo	Descrição
semi-sub.ipynb	Versão procedural: funções independentes para hidrostática, pesos/estabilidade e RAO de heave; otimização por amostragem aleatória com busca de Pareto
new_semi-sub.ipynb	Versão OOP: classe SemiSub com métodos encapsulados; otimização via Evolução Diferencial (scipy)
catenaria.ipynb	Cálculo de linha de ancoragem catenária: tensão, ponto de toque e força restauradora em função da carga ambiental horizontal

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Classe SemiSub (new_semi-sub.ipynb)

A plataforma é modelada por seis parâmetros geométricos: comprimento dos pontoons ($L_P$), largura dos pontoons ($B_P$), altura dos pontoons ($H_P$), largura das colunas ($B_C$), altura das colunas ($H_C$) e calado ($T$).

plat = SemiSub(LP=170, BP=40, HP=20, BC=23, HC=60, T=35)
plat.hidrostat(visual=True)   # KM, deslocamento
plat.pesos(visual=True)       # GM, airgap, peso do casco
plat.rao(visual=True)         # Tn, RAO de heave, cruzamento JONSWAP
plat.avaliar(ger=0, visual=2) # análise completa

Métodos

Método	Retorno	Descrição
hidrostat(visual)	(KM, D)	Volume deslocado, KB, BM, KM, deslocamento
pesos(boe, visual)	dict	Pesos de topside, casco, lastro, risers; GM e airgap
rao(ger, zeta, visual)	(Tn, airgap_calc, Hs_resp)	Forças FK, massa adicional, RAO, cruzamento JONSWAP
avaliar(ger, visual)	—	Executa os três métodos acima em sequência

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Otimização por Evolução Diferencial

A função otimizar(base, ger) usa scipy.optimize.differential_evolution para minimizar o peso do casco sujeito a restrições de projeto:

Restrição	Critério
Estabilidade	$1 \le GM \le 4$ m
Dinâmica	$T_n > 20$ s
Lastro	$V_{\text{lastro}} \le 0{,}9 \cdot V_{\text{pontoons}}$
Airgap	airgap estrutural > airgap mínimo pelo RAO
Geometria	$H_P < T < H_P + H_C$
Deck	$A_{\text{topside}} \le L_P^2$

A cada geração, o raio de busca se reduz por $\text{amplitude} = \max(0{,}05,; 1/(g+1))$.

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Sistema de Ancoragem (catenaria.ipynb)

Análise da linha de ancoragem catenária considerando peso por unidade de comprimento, comprimento total e carga horizontal aplicada pela plataforma. Calcula a variação de tensão de topo, ponto de toque no fundo e curva de restauração do sistema de amarração.

Bibliotecas

numpy, scipy (differential_evolution), matplotlib