Interação dinâmica barragem-reservatório : modelos analíticos e numéricos

Abstract

No presente trabalho, o problema de interação entre a estrutura da barragem e o fluido do reservatório é estudado em uma análise dinâmica no domínio da freqüência. Um tratamento analítico através da técnica de separação de variável é utilizado para solucionar as equações dos modelos matemáticos que representam o problema, resultando em formulações analíticas para o campo de pressão hidrodinâmica no plano barragemreservatório e para a massa adicional na face da barragem. Algumas contribuições, com certa originalidade, são apresentadas nesta tese como: uma proposta de função de aproximação analítica para a distribuição da pressão hidrodinâmica ao longo da altura e na face da barragem, também uma proposta de amortecedor para a superfície de truncamento em reservatórios com domínio infinito e com fluidos incompressíveis e compressíveis, bem como um tratamento analítico às condições de contorno dos amortecedores clássicos na literatura tratados pelo método dos elementos finitos. No decorrer desta tese, os modelos matemáticos adotados juntamente com a condição de contorno na interface barragem-reservatório tentam representar os modelos físicos para este tipo de problema. Assim, apresenta-se modelos mais sofisticados na ordem crescente dos capítulos, considerando desde um modelo inicial que trata a barragem com um movimento de corpo rígido e o fluido do reservatório incompressível até um modelo que leva em conta a flexibilidade da barragem e os efeitos de compressibilidade do fluido. Modelos numéricos para a abordagem do problema de interação barragem-reservatório baseados no método dos elementos de contorno e no método dos elementos finitos (via ANSYS) foram utilizados assim como as soluções clássicas da literatura com o objetivo de comparar e validar as soluções analíticas obtidas pela técnica de separação de variável que estão sendo proposta neste trabalho. Alguns exemplos relativos às análises são apresentados ao longo do texto, ilustrando a viabilidade das técnicas propostas. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

In the present work, the interaction problem between the dam structure and the fluid of the reservoir is studied in a dynamic analysis in the frequency domain. An analytical procedure through the variable separation technique is used to solve the mathematical models equations that represent the problem, resulting in analytical formulations for the field of hydrodynamic pressures on the dam-reservoir plane and for the additional mass in the face of the dam. Some contributions, with certain originality, are presented in this thesis, such as: a proposal for a analytical function for the hydrodynamic pressure distribution along the height and at the dam face, also a proposal of damper for the truncation surface in reservoirs with infinite domain and incompressible and compressible fluids, as well as an analytical procedure to the boundary conditions of the classic shock absorbers treated in the literature by the finite element method. In this thesis, the mathematical models adopted and the boundary condition in the damreservoir interface tries to represent the physical models for this kind of problem. Thus, it presents more sophisticated models in increasing order of the chapters, considering first an initial model which treats the dam with a movement of rigid body and the reservoir fluid as incompressible up to a model that takes into account the dam flexibility and the fluid compressibility effects. For boarding the problem of dam-reservoir interaction in the boundary element method and in the finite element method (with ANSYS), numerical models were used as well as the classical solutions of the literature with the objective of comparing and validating the analytical solutions given by the variable separation technique that are being proposed in this work. Also some examples are presented with regard to the analyses illustrating the viability of the developed techniques.