Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.34
no.4
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pp.93-99
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2022
Analytical solutions for regular waves generated by bottom wave makers in a 3-dimensional wave basin were derived in this study. Bottom wave makers which have triangular, rectangular and combination of two shapes were adopted. The 3-dimensional velocity potential was derived based on the linear wave theory with the bottom moving boundary condition, kinematic and dynamic free surface boundary conditions in a wave basin. Then, analytical solutions of 3-dimensional particle velocities and free surface displacement were derived from the velocity potential. The solutions showed physically valid results for regular waves generated by bottom wave makers in a wave basin. The analytical solution for obliquely propagating wave generation from bottom wave maker which works like a snake was also derived. Numerical results of the solution agree well with theoretically predicted results.
The momentum and kinetic turbulent energy carried by the wind to a stratified lake lead to basin-scale motions, which provide a major driving force for vertical and horizontal mixing. A three-dimensional (3D) hydrodynamic model was applied to Lake Tahoe, located between California and Nevada, USA, to simulate the dominant basin-scale internal waves in the deep lake. The results demonstrated that the model well represents the temporal and vertical variations of water temperature that allows the internal waves to be energized correctly at the basin scale. Both the model and thermistor chain (TC) data identified the presence of Kelvin modes and Poincare mode internal waves. The lake was weakly stratified during the study period, and produced large amplitude (up to 60 m) of internal oscillations after several wind events and partial upwelling near the southwestern lake. The partial upwelling and followed coastal jets could be an important feature of basin-scale internal waves because they can cause re-suspension and horizontal transport of fine particles from nearshore to offshore. The internal wave dynamics can be also associated with the distributions of water quality variables such as dissolved oxygen and nutrients in the lake. Thus, the basin-scale internal waves and horizontal circulation processes need to be accurately modeled for the correct simulation of the dissolved and particulate contaminants, and biogeochemical processes in the lake.
One-dimensional shear wave velocity structure of North Korea is constrained using short (2-sec) to long period (30-sec) Rayleigh waves generated from four seismic events in China. Rayleigh waves are well recorded at the five broadband seismic stations (BRD, SNU, CHNB, YKB, KSA) which are located near to the border between North and South Korea. Group velocities of fundamental-mode Rayleigh waves are estimated with the Multiple Filter Analysis and refined by using the Phase Matched Filter. Average group velocity dispersion curve ranging from 2.9 to 3.2 km/s, is inverted to constrain the shear wave velocity structures. Relatively low group velocity dispersion curves along the path between the events to BRD at period from 4 to 6 seconds may correspond to the sedimentary sequence of the West Korea Bay Basin (WKBB) in the Yellow Sea. The low velocity zone in deep layers (14-20 km) may be related to the deep sedimentary structure in Pyongnam basin. The fast shear wave velocity structure from the surface to the depth of 14 km is consistent with the existence of metamorphic rocks and igneous bodies in Nangrim massif and Pyongnam basin.
Sief, Ahmed Khaled;Kuroiwa, Masamitsu;Abualtayef, Mazen;Mase, Hajime;Matsubara, Yuhei
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.3
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pp.216-224
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2011
In This study develops a quasi-three dimensional numerical model of wave driven coastal currents with accounting the effects of the wave-current interaction and the surface rollers. In the wave model, the current effects on wave breaking and energy dissipation are taken into account as well as the wave diffraction effect. The surface roller associated with wave breaking was modeled based on a modification of the equations by Dally and Brown (1995) and Larson and Kraus (2002). Furthermore, the quasi-three dimensional model, which based on Navier-Stokes equations, was modified in association with the surface roller effect, and solved using frictional step method. The model was validated by data sets obtained during experiments on the Large Scale Sediment Transport Facility (LSTF) basin and the Hazaki Oceanographical Research Station (HORS). Then, a model test against detached breakwater was carried out to investigate the performance of the model around coastal structures. Finally, the model was applied to Akasaki port to verify the hydrodynamics around coastal structures. Good agreements between computations and measurements were obtained with regard to the cross-shore variation in waves and currents in nearshore and surf zone.
Proceedings of the International Union of Geodesy And Geophysics Korea Journal of Geophysical Research Conference
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2003.05a
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pp.18-18
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2003
Three-dimensional finite-difference simulation of earthquake ground motion is performed using a locally variable time-step (LVTS) scheme matching with discontinuous grids. Discontinuous grids in three directions and extension of the discontinuous grids' boundary to the free-surface in the LVTS scheme minimize the cost of both the computational memory and the CPU time for models like the localized sedimentary basin. A simplified model of sedimentary basin is dealt to show the feasibility and efficiency of the LVTS scheme. The basin parameters are examined to understand the main characteristics on ground-motion response in the basin. The results show that the seismic energy is concentrated on a marginal area of the basin far from the source. This focusing effect is mainly due to the constructive interference of the direct S-wave with the basin-edge induced surface waves. The ground-motion amplification over the deepest part of the basin is relatively lower than that above the shallow basin edge. Therefore the ground-motion amplification may be more related to the source azimuth or the direction of the incident waves into the basin rather than the depth of it.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.81-88
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2000
The elastic wave equation is solved using the finite-difference method in 3D space to simulate the seismic wave propagation. It is based on the velocity-stress formulation of the equation of motion on a staggered grid. The nonreflecting boundary conditions are used to attenuate the wave field close to the numerical boundary. To satisfy the stress-free conditions at the free-surface boundary, a new formulation combining the zero-stress formalism with the vacuum one is applied. The effective media parameters are employed to satisfy the traction continuity condition across the media interface. With use of the moment-tensor components, the wide range of source mechanism parameters can be specified. The numerical experiments are carried out in order to test the applicability and accuracy of this scheme and to understand the fundamental features of the wave propagation under the generalized elastic media structure. Computational results show that the scheme is sufficiently accurate for modeling wave propagation in 3D elastic media and generates all the possible phases appropriately in under the given heterogeneous velocity structure. Also the characteristics of the ground motion in an sedimentary basin such as the amplification, trapping, and focusing of the elastic wave energy are well represented. These results demonstrate the use of this simulation method will be helpful for modeling the ground motion of seismological and engineering purpose like earthquake hazard assessment, seismic design, city planning, and etc..
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.17
no.3
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pp.182-188
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2014
In an oscillating water column (OWC)-type wave energy conversion system, the performance of the OWC chamber depends on the chamber shape, as well as the incident wave direction and pressure drop produced by the turbine. Although the previous studies on OWC chambers have focused on wave absorbing performance in ideal operating conditions, incident waves do not always arrive normally to the OWC chamber in real sea conditions, especially in fixed devices. The present study deals with experiments and numerical calculations to investigate the effects of wave direction on the performance of the OWC chamber. The experiments were carried out in a three-dimensional wave basin for five different wave directions, including the effect of turbine using the corresponding orifice. The wave elevation inside the chamber was measured at the center point under various incident wave conditions. The numerical study was conducted by using a numerical wave tank-based volume-of-fluid model to compare the results with experimental data and to reveal the detailed flows around the chamber.
The inclination of seabed profile (sloped seabed) is one of the known topographic features which can be observed at different seabed level in the large offshore basin. A mooring system connected between the platform and global seabed is an integral part of the floating structure which tries to keep the floating platform settled in its own position against hostile sea environment. This paper deals with an investigation of the motion responses of an FPSO platform moored on the sloped seabed under the combined action of wave, wind and current loads. A three-dimensional panel discretization method has been used to model the floating body. To introduce the connection of multi-segmented non-linear elastic catenary mooring cables with the sloped seabed, a quasi-static composite catenary model is employed. The model and analysis have been completed by using hydrodynamic diffraction code AQWA. Validation of the numerical model has been successfully carried out with an experimental work published in the latest literature. The analysis procedure in this study has been followed time domain analysis. The study involves an objective oriented investigation on platform motions, in order to identify the effects of the slopped seabed, the action of the wave, wind and current loads and the presence of riser system. In the end, an effective analysis has been performed to identify a stable mooring model in demand of reducing structural responses of the FPSO.
Three-dimensional finite-difference simulation in a small-scale half-sphere basin with planar free-surface is performed for an arbitrary shear-dislocation point source. A new scheme to deal with free-surface boundary condition is presented. Then basin parameters are examined to understand main characteristics on ground-motion response in the basin. To analyze the frequency content of ground motion in the basin, spectral amplitudes are compared with each other for four sites inside and outside the basin. Also particle motions for those sites are examined to find which kind of wave plays a dominant role in ground-motion response. The results show that seismic energy is concentrated on a marginal area of the basin far from the source. This focusing effect is mainly due to constructive interference of the direct Swave with basin-edge induced surface waves. Also, ground-motion amplification over the deepest part of the basin is relatively lower than that above shallow basin edge. In the small-scale basin with relatively simple bedrock interface, therefore, the ground-motion amplification may be more related to the source azimuth or direction of the incident waves into the basin rather than depth of it.
Kim, Hyun-Sung;Won, Younguk;Oh, Young Jae;Lee, Kangsu;Kim, Byoung Wan
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.35
no.3
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pp.191-202
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2021
Studies on very large offshore structures are increasing owing to the development of deep sea, large-scale energy generation using ocean resources, and so on. The enlargement of offshore structures makes the hydroelastic effect and low natural frequency related responses important. Numerical analyses and model tests for hydroelastic and higher-order springing responses of fixed cylindrical structures are conducted in this study. The panel methods with and without the hydroelastic effect with shell elements, and the Morison analysis method with beam elements are applied. To observe the hydroelastic effect for structural strength, two structures are considered: bottom-fixed cylindrical structures with high and low bending stiffnesses, respectively. The surge motions at the top of the structure and bending stresses on the structure are observed under regular and irregular wave conditions. The regular wave conditions are generated considering the ratios of the cylindrical outer diameter to the wave lengths, and keeping the wave steepness constant. The model tests are performed in the three-dimensional ocean engineering basin in the KRISO (Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering). From the numerical and experimental results, in which the hydroelastic responses are only observed in the case of the structure with a low bending stiffness, it is confirmed that the hydroelastic responses are highly dependent on the structural stiffness. Additionally, the higher-order phenomenon on the specified wave condition is analyzed by observing the higher-order springing responses when the incident wave frequency or its multiples with the high wave height coincides with the natural frequency of the structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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