As large waves enter a harbor, during their propagation, the motions a floating body are large and if may even be damaged by waves. This phenomenon may be caused by harbor resonance, resulting from large motion at low wave frequency, which is close to the natural frequency of a vessel. In order to calculate the motion of a floating body in a harbor, it is necessary to use the wave forces containing the body-harbor interference. The simulation program to predict the motions of a floating body by waves in a harbor is developed, and this program is based on the method of velocity potential contiuation method proposed by Ijima and Yoshida The calculated results are shown by the variation of wave frequency, wave angle, and the position of a floating body.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.12
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pp.1354-1359
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2004
This paper is concerned with the application of perturbation method to the dynamic analysis of floating flexible body. In dealing with the dynamics of free-floating body, the rigid-body motions and elastic vibrations are analyzed separately. However, the rigid-body motions cause vibrations and elastic vibrations also affect rigid-body motions in turn, which indicates that the rigid-body motions and elastic vibrations are coupled in nature. The resulting equations of motion are hybrid and nonlinear. We can discretize the equations of motion by means of admissible functions but still we have to cope with nonlinear equations. In the previous paper, we proposed the use of perturbation method to the coupled equations of motion and derived zero-order and first-order equations of motion. The derivation process was lengthy and tedious. Hence, in this paper, we propose a new approach to the same problem by applying the perturbation method to the Lagrange's equations, thus providing a systematic approach to the addressed problem. Theoretical derivations show the efficacy of the proposed method.
The floating body discussed in this study is a 2-D rectangular floating unit supported by four vertical piles at its corners. Structures of this type are frequently seen as floating piers for the crafts in a small harbour. The movement in some modes of motion of such a flating body is fully or partially restrincted by the piles. The authors(Kim et al. 1994) carried out a series of model tests on its wave control function, its motion and the loads on piles. The experimental results showed that a certain degree of intial constriction force which clamps the floating unit in the horizontal direction can effectively reduce the body motion and wave energy without increasing mooring forces. This may be due to the friction forces occuring between the piles and the rollers installed in the mooring equipments on the floating unit. In this paper, we develop a numerical model for the prediction of wave transformation and floating body motions, where the friction force is idealized as the Coulomb friction and linearized into a damping force using the equivalent damping cofficient. This linearization is verified by comparing the results of motions between the linear and nonlinear analysis of the ezuations of motion. We further compare the caculation results by the linear model with the experimental results and discuss the effect of the friction force or the constriction force on body motions and wave energy dissipation.
A semi-analytical numerical approach for the effective structural dynamic response analysis of spar floating substructure for offshore wind turbine subject to wave-induced excitation is introduced in this paper. The wave-induced rigid body motions at the center of mass are analytically solved using the dynamic equations of rigid ship motion. After that, the flexible structural dynamic responses of spar floating substructure for offshore wind turbine are numerically analyzed by letting the analytically derived rigid body motions be the external dynamic loading. Restricted to one-dimensional sinusoidal wave excitation at sea state 3, pitch and heave motions are considered. Through the numerical experiments, the time responses of heave and pitch motions are solved and the wave-induced dynamic displacement and effective stress of flexible floating substructure are investigated. The hydrodynamic interaction between wave and structure is modeled by means of added mass and wave damping, and its modeling accuracy is verified from the comparison of natural frequencies obtained by experiment with a 1/100 scale model.
In this study, a hybrid floating structure with cylinder was introduced to reduce the hydrodynamic motions of the pontoon type. The hybrid floating structure is composed of cylinders and semi-opened side sections to penetrate the wave impact energy. In order to exactly investigate the hydrodynamic motions and structural behavior of the hybrid floating structure under the wave loadings, integrated analysis of hydrodynamic and structural behavior were carried out on the hybrid floating structure. Firstly, the hydrodynamic analyses were performed on the hybrid and pontoon models. Then, the wave-induced hydrodynamic pressures resulting from hydrodynamic analysis were directly mapped to the structural analysis model. And, finally, the structural analyses were carried out on the hybrid and pontoon models. As a result of this study, it was learned that the hybrid model of this study was showed to have more favorable hydrodynamic motions than the pontoon model. The surge motion was indicated even smaller motion at all over wave periods from 4.0 to 10.0 sec, and the heave and pitch motions indicated smaller motions beyond its wave period of 6.5 sec. However, the hybrid model was shown more unfavorable structural behavior than the pontoon model. High concentrated stress occurred at the bottom slab of the bow and stern part where the cylinder wall was connected to the bottom slab. Also, the hybrid model behaved with the elastic body motion due to weak stiffness of floating body and caused a large stress variation at the pure slab section between the cylinder walls. Hence, in order to overcome these problems, some alternatives which could be easily obtained from the simple modification of structural details were proposed.
The purpose of this paper is to understand and model the slow current (~2 m/s) effects on the global response of a floating offshore platform in waves. A time-domain numerical simulation of full wave-current-body interaction by a quadratic boundary element method (QBEM) is applied to compute the hydrodynamic loads and motions of a floating body under the combined influence of waves and current. The study is performed in the context of linearized potential flow theory that is sufficient in understanding the leading-order current effect on the body motion. The numerical simulations are validated by quantitative comparisons of the hydrodynamic coefficients with the WAMIT prediction for a truncated vertical circular cylinder in the absence of current. It is found from the simulation results that the presence of current leads to a loss of symmetry in flow dynamics for a tension-leg platform (TLP) with symmetric geometry, resulting in the coupling of the heave motion with the surge and pitch motions. Moreover, the presence of current largely affects the wave excitation force and moment as well as the motion of the platform while it has a negligible influence on the added mass and damping coefficients. It is also found that the current effect is strongly correlated with the wavelength but not frequency of the wave field. The global motion of a floating body in the presence of a slow current at relatively small encounter wave frequencies can be satisfactorily approximated by the response of the body in the absence of current at the intrinsic frequency corresponding to the same wavelength as in the presence of current. This finding has a significant implication in the model test of global motions of offshore structures in ocean waves and currents.
Varying bathymetry significantly affects on the wave propagation and motion response of floating body. Coupled-mode wave theory is adopted to describe the incident wave properly in varying region. The results of waves and motion response are compared to those from numerical wave tank, and the agreement is favorable. The sloped bottom is modeled and its effect on the floating body is discussed.
The structure of a variable liquid column oscillator(a VLCO) is analogous to that of the tuned liquid column damper used to suppress oscillatory motion in large structures like tall buildings and cargo ships. The VLCO is a system absorbing high kinetic energy of accelerated motions of multiple floating bodies in the effect of air springs occurred by installation of inner air chambers. Thus, VLCO can improve the efficiency of energy than wave energy converters of the activating object type made in Pelamis Company. In this research, the experiment was performed that a simple floating body was filled with internal fluid of same draft. The characteristics of motions were evaluated in each case of the opening or closing of the upper valves.
This paper is concerned with the numerical study on the resonance response of a rigid spar-type floating platform in coupled heave and pitch motion. Spar-type floating platforms, widely used for supporting the offshore structures, offer an economic advantage but those exhibit the dynamically high sensitivity to external excitations due to their shape at the same time. Hence, the investigation of their dynamic responses, particularly at resonance, is prerequisite for the design of spar-type floating platforms which secure the dynamic stability. Spar-type floating platform in 2-D surface wave is assumed to be a rigid body having 2-DOFs, and its coupled dynamic equations are analytically derived using the geometric and kinematic relations. The motion-variance of the metacentric height and the moment of inertia of floating platform are taken into consideration, and the hydrodynamic interaction between the wave and platform motions is reflected into the hydrodynamic force and moment and the frequency-dependent added masses. The coupled nonlinear equations governing the heave and pitch motions are solved by the RK4 method, and the frequency responses are obtained by the digital Fourier transform. Through the numerical experiments to the wave frequency, the resonance responses and the coupling in resonance between heave and pitch motions are investigated in time and frequency domains.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.8
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pp.753-760
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2010
In this paper, the lifting analysis of a floating crane with a shipbuilding block is performed. Since floating cranes are operated in ocean waves, six degree-of-freedom motions are considered in the dynamic equations of motions of the floating crane and the block. The boom of the floating crane is considered as an elastic body in the analysis, and is modeled as three dimensional beam based on the finite element formulation. The hydrostatic and hydrodynamic forces by a regular wave are considered as external forces. By solving the equations of motions numerically, the dynamic responses of the floating crane and the block are simulated. The simulation results with different wave directions are compared and the conditions which cause maximum responses are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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