Finite element model updating has been performed using an optimization technique in the paper. The objective function consists of natural frequencies, modal assurance criterion values, and bandwidths of modes, which are obtained from finite element analysis and experiment. Young's modulus and damping coefficient of the material are selected as design variables whose values are modified to make the objective function as small as possible. To consider the loading effect of an accelerometer, its mass and moment of inertia are added to design variables. This model updating method has been applied to a cantilever beam, and experimental data are measured by modal test.
본 연구에서는 면진수조의 2차원 동적 해석기법을 개발하고 축소모델을 사용한 진동대실험을 통하여 해석기법의 타당성을 검증하였다. 수조의 벽체는 집중질량을 사용하여 모델링하였으며 유체의 부가질량을 벽체의 절점에 부가함으로써 유체의 동수역학적인 영향을 고려하였다. 면진수조의 운동방정식은 벽체와 유체로 구성된 상부구조의 운동방정식과 바닥슬래브와 면진장치로 구성된 하부구조의 운동방정식을 연계하여 구하였다. 진동대 실험에서는 투명한 아크릴로 제작한 모형수조를 사용하였으며 면진장치는 4개의 고감쇠 적층 고무베어링(High Damping Laminated Rubber Bearing)을 사용하였다. 축소모델에 의한 실험결과는 대체적으로 해석결과와 잘 일치하였으며 계산결과가 다소 보수적인 것으로 나타났다.
Multiple tuned mass dampers are proposed to suppress the vertical and torsional buffeting and to increase the aerodynamic stability of long-span bridges. Each damper has vertical and torsional frequencies, which are tuned to the corresponding frequencies of the structural modes to suppress the resonant effects. These proposed dampers maintain the advantage of traditional multiple mass dampers, but have the added capability of simultaneously controlling vertical and torsional buffeting responses. The aerodynamic coupling is incorporated into the formulations, allowing this model to effectively increase the critical speed of a bridge for either single-degree-of-freedom flutter or coupled flutter. The reduction of dynamic response and the increase of the critical speed through the attachment of the proposed dampers to the bridge are also discussed. Through a parametric analysis, the characteristics of the multiple tuned mass dampers are studied and the design parameters - including mass, damping, frequency bandwidth, and total number of dampers - are proposed. The results indicate that the proposed dampers effectively suppress the vertical and the torsional buffeting and increase the structural stability. Moreover, these tuned mass dampers, designed within the recommended parameters, are not only more effective but also more robust than a single TMD against wind-induced vibration.
Brizzolara, Stefano;Bonfiglio, Luca;Medeiros, Joao Seixas De
Ocean Systems Engineering
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제3권3호
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pp.219-236
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2013
The accurate prediction of motion in waves of a marine vehicle is essential to assess the maximum sea state vs. operational requirements. This is particularly true for small crafts, such as Autonomous Surface Vessels (ASV). Two different numerical methods to predict motions of a SWATH-ASV are considered: an inviscid strip theory initially developed at MIT for catamarans and then adapted for SWATHs and new a hybrid strip theory, based on the numerical solution of the radiation forces by an unsteady viscous, non-linear free surface flow solver. Motion predictions obtained by the viscous flow method are critically discussed against those obtained by potential flow strip theory. Effects of viscosity are analyzed by comparison of sectional added mass and damping calculated at different frequencies and for different sections, RAOs and motions response in irregular waves at zero speed. Some relevant conclusions can be drawn from this study: influence of viscosity is definitely non negligible for SWATH vessels like the one presented: amplitude of the pitch and heave motions predicted at the resonance frequency differ of 20% respectively and 50%; in this respect, the hybrid method with fully non-linear, viscous free surface calculation of the radiation forces turns out to be a very valuable tool to improve the accuracy of traditional strip theories, without the burden of long computational times requested by fully viscous time domain three dimensional simulations.
선형포텐셜이론을 가정하여 부분 반사 안벽 앞에 계류된 부유체의 동유체력과 운동응답을 해석할 수 있는 경계요소법을 개발 적용하였다. 동유체력인 부가질량과 감쇠계수는 부유체의 잠긴깊이와 안벽에서의 반사율 그리고 부유체와 안벽사이의 떨어진 거리에 밀접한 관련이 있다. 특히 안벽에서의 반사율은 안벽과 부유체사이의 제한유체영역내에서 발생하는 공진현상에 의하여 증폭된 운동변위의 피크값을 줄이는 등 운동응답에 중요한 영향을 미친다. 개발된 수치해석법은 부유체의 형상, 입사각, 안벽의 속성, 입사파의 특성 등의 변화에 따른 부유체의 운동성능을 평가하는데 이용될 것이며, 또한 항만내 계류된 선박의 운동특성을 고려한 항만설계의 기초자료로 활용 될 것이다.
The effect of the bow shape on the ship motion response in longitudinal regular waves of water of finite depth is investigated by employing the strip theory. The two-dimensional hydrodynamic forces(added mass and damping) were calculated by close-fit method for water of finite depth. The models for investigation are U and V bow ship forms of block coefficient 0.8 with constant after body which were used by Yourkov [2] and recently by Kim [3] for their deep water investigations. The following results are obtained by the present numerical experiments. (1) It is confirmed that the damping coefficient of the V-bow ship is greater than that of U-bow ship and in consquence the amplitude of heave and pitch of V-bow ship is smaller than that of U-bow ship among longitudinal regular head waves in water of finite depth (2) The merit of the V-bow ship on the motion damping is more significant in heave than in pitch, and is decreasing with the shallowness of water depth. (3) The change of bow form gives little effect on the wave exciting force and moment compared with the motion responce.
Dynamic response analysis are conducted for a floating bridge subjected to multiple support earthquake excitation. The floating bridge used in this study is supported by discrete floating pontoons and horizontal pretension cables supported at both ends of the bridge. The bridge is modeled with finite elements and the hydrodynamic added mass and added damping due to the surrounding fluid around pontoons are obtained using boundary elements. Multiple support excitation is introduced at both ends of the bridge and the time history response is compared to that of a simultaneous excitation. The results shows that the differences between two results are not so large except for cable tension for which the multiple support excitation yields larger values. During the analysis the concept of retardation function is utilized to consider the frequency dependency of the hydrodynamic coefficients.
외부유체를 유한요소화 할 경우 경계조건을 만족시키도록 무한반경까지를 모델링 할 수 없으므로 이를 보정하기 위하여 유한경계에서의 경계조건으로 발산경계조건을 사용하였다. 외부유체의 모델링에서 적용한 수치모델은 쉘 요소 및 유체요소를 축대칭 구조물의 특성을 이용한 링요소로 모델화하여 자오방향 모우드와 주변방향의 파형 모우드를 변수분리함으로써 지진하중 등의 해석에서도 수십 개의 링요소에 의해 정해에 근사한 값을 얻을 수 있도록 하였다. 축대칭 쉘 구조물과 유체-구조물의 상호관계는 접촉면에서 구조물의 가속도와 유체의 압력관계를 이용한 부가질량을 유체를 비점성, 비압축 및 비회전으로 가정하여 유한요소법에 의해 구하였다. 이에 따라 구조물의 변형에 따른 외부유체 효과를 고려한 부가질량매트릭스를 얻을 수 있었으며, 이에 대한 수치해석을 통하여 고유진동해석 및 지진하중을 주하중으로 한 동적해석을 실시하였다.
Recently moored offshore vessels like as FPSO(Floating Production Storage Offloading) are frequently deployed in seas for a long time. For successful operation, the motion behavior of such a vessel in waves must be clarified in advance either theoretically or experimentally. It is of particular interest to examine the behavior, when swells are superposed to seas with different incident angle. Such a situation is actually reported in some offshore oilfield. In this paper, the motion of a FPSO in irregular waves including swells is studied in time domain. Hydrodynamic coefficients and wave forces are calculated in frequency domain using three-dimensional singularity distribution method. Time memory function and added mass at infinite frequency are derived by Fourier transform utilizing hydrodynamic damping coefficients. In the process, the numerical accuracy of added mass at infinite frequency is carefully examined in association with free decay simulations. It is found from numerical simulations that swells significantly affect the vertical motion of FPSO mainly because of their longer period compared to the ordinary sea waves. In particular, the roll motion is largely amplified because the dominant period of swell is closer to the roll natural period than that of seas.
As regulations concerning ship vibration and noise are becoming stricter, considerable attention is being drawn to prediction technologies for ship vibration and noise. In particular, the resonance and lock-in phenomena caused by vortex-induced vibration (VIV) have become considerably important with increases in the speed and the size of ships and ocean structures, which are known to cause structural problems. This study extends the fluid-structure interaction (FSI) analysis method to predict resonances and lock-in phenomena of high modes and VIV of ship rudders. Numerical stability is secured in underwater conditions by implementing added mass, added damping, and added stiffness by applying the potential theory to structural analysis. An expanded governing equation is developed by implementing displacements and twist angles of high modes. The lock-in velocity range and resonant frequencies of ship rudders obtained using the developed FSI method agree well with the experimental results and the analytic solution. A comparison with local vibration guidelines published by Lloyd's Register shows that predictions of resonances and lock-in phenomena of high modes are necessary in the shipbuilding industry due to the possible risks like fatigue failure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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