The interaction between a sloshing liquid damper (SLD) tank and a rectangular pontoon was investigated under the assumption of the linear potential theory. The eigenfunction expansion method was used not only for the sloshing problem in the SLD tank but also for analyzing the motion responses of a rectangular pontoon in waves. If the frictional damping due to the viscosity of the SLD tank was ignored, the effect of the SLD appeared to be an added mass in the coupled equation of motion. The installation of the SLD tank had a greater effect on the roll motion response than the sway and heave motion of the pontoon. One resonance peak for rolling motion showed up in the case of a frozen liquid in the SLD tank. However, if liquid motion in the SLD tank was allowed, two peaks appeared around the first natural frequency of the fluid in the SLD tank. In particular, the peak value located in the low-frequency region had a relatively large value, and the peak frequency located in the high-frequency region moved into the high-frequency region as the depth of the liquid in the tank increased.
Zhang, Teng;Zhou, Bo;Li, Zhiqing;Han, Xiaoshuang;Gho, Wie Min
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.50-56
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2021
An accurate evaluation of three-dimensional (3D) Time-Domain Green Function (TDGF) in infinite water depth is essential for ship's hydrodynamic analysis. Various numerical algorithms based on the TDGF properties are considered, including the ascending series expansion at small time parameter, the asymptotic expansion at large time parameter and the Taylor series expansion combines with ordinary differential equation for the time domain analysis. An efficient method (referred as "Present Method") for a better accuracy evaluation of TDGF has been proposed. The numerical results generated from precise integration method and analytical solution of Shan et al. (2019) revealed that the "Present method" provides a better solution in the computational domain. The comparison of the heave hydrodynamic coefficients in solving the radiation problem of a hemisphere at zero speed between the "Present method" and the analytical solutions proposed by Hulme (1982) showed that the difference of result is small, less than 3%.
Lee, Jonghun;Kim, Byung Chul;Ruy, Won-Sun;Han, Ik Seung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.478-492
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2021
In this study, hull dimensions of an FPSO were optimized to maximize its operability at Brazil field. In contrast with the previous works which have used simplified models to evaluate some indicators related to stability and hydrodynamic performances of FPSOs for its own optimal design, we developed a generic hull and compartment modeler and sophisticated stability and hydrodynamic calculation modules. With the aid of the developed tools, the hull optimization was performed with initial dimensions of an FPSO originally designed for west Africa field. The optimization results indicated the relative importance of hydrodynamic performances compared with stability performances for the FPSO hull dimensioning by showing that there were 3 active constraints related to them, which were the natural periods of heave and roll and the maximum pitch angle under 1-year return period waves at full load condition. To the author's knowledge, this study is the first attempt to combine altogether the hull and compartment modeling and full set of stability and hydrodynamic calculations precisely to optimize an FPSO's hull dimensions within 30 min. Also, it is worthwhile to mention that the developed methods are generic enough to be applied to all types of ship-shaped offshore platforms.
The initial response to a marine accident can play a key role to minimize the accident. Therefore, various decision support systems have been developed using sensors, simulations, and active response equipment. In this study, we developed an algorithm to predict damage locations using ship motion data with bidirectional long short-term memory (BiLSTM), a type of recurrent neural network. To reflect the low frequency ship motion characteristics, 200 time-series data collected for 100 s were considered as input values. Heave, roll, and pitch were used as features for the prediction model. The F1-score of the BiLSTM model was 0.92; this was an improvement over the F1-score of 0.90 of a prior model. Furthermore, 53 of 75 locations of damage had an F1-score above 0.90. The model predicted the damage location with high accuracy, allowing for a quick initial response even if the ship did not have flood sensors. The model can be used as input data with high accuracy for a real-time progressive flooding simulator on board.
Yang, Sun;Yufei, Che;Zhenxue, Gu;Ruicai, Wang;Yawen, Fan
Geomechanics and Engineering
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v.31
no.5
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pp.489-503
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2022
A 1257-m-long irregular deep foundation pit located in the central of Nanjing, China was constructed using the combined full-width and half-width top-down method. Based on the long-term field monitoring data, this study analyzed the evolution characteristics of the vertical movement of the columns, internal force of the struts, and axial force of the structural beam and slab. The relevance of the three mentioned above and their relationship with the excavation process, structural system, and geological conditions were also investigated. The results showed that the column uplift was within the range of 0.08% to 0.22% of the excavation depth, and the embedded depth ratio of the diaphragm wall and the bottom heave affected significantly on the column uplift. The differential settlement between the column and diaphragm wall remained unchanged after the base slab was cast. The final settlement of the diaphragm wall was twice the column uplift. The internal force of the struts did not varied monotonically but was related to numerous factors such as the excavation depth, number of struts, and environmental conditions. Additionally, the dynamic force and deformation of the columns, beams, and slabs were analyzed to investigate the inherent relationship and variation patterns of the responses of different parts of the structure.
Offshore wind energy has become a major energy source, and various studies are underway to increase the economic feasibility of floating offshore wind turbines (FOWT). In this study, the characteristics of wave-induced motion of a combined wind-wave energy platform were analyzed to reduce the variability of energy extraction. A user subroutine was developed, and numerical analysis was performed in connection with the ANSYS-AQWA hydrodynamic program in the time domain. A platform combining the TLP-type FOWT and the Wavestar-type wave energy converter (WEC) was proposed. Each motion response of the platform on the second-order wave load, the effect of WEC attachment and Power take-off (PTO) force were analyzed. The mooring line tension according to the installation location was also analyzed. The vertical motion of a single FOWT was increased approximately three times due to the second-order sum-frequency wave load. The PTO force of the WEC played as a vertical motion damper for the combined platform. The tension of the mooring lines in front of the incident wave direction was dominantly affected by the pitch of the platform, and the mooring lines located at the side of the platform were mainly affected by the heave of the platform.
Flexible risers have been used extensively in recent years for floating and early production systems. Such risers offer the advantage of having inherent heave compliance in their catenary thereby greatly reducing the complexity of the riser-to-rig and riser-to subsea interfaces. Another advantage with flexible risers is their greater reliability. Concerns about fatigue life, gas permeation and pigging of lines have been overcome by extensive experience with these risers in production applications. In this paper, flexible riser analysis results were compared through coupled and uncoupled dynamic analyses methods. A time domain coupled analysis capability has been developed to model the dynamic responses of an integrated floating system incorporating the interactions between vessel, moorings and risers in a marine environment. For this study, SPM (Single Point Mooring) system for an FSU in shallow water was considered. This optimization model was integrated with a time-domain global motion analysis to assess both stability and design constraints of the flexible riser system.
The vertical center of gravity (VCG) has a significant impact on the roll motion response of a surface ship, particularly oil tankers based on the oil level in the tanker after discharging oil at several stations or positional changes, such as changes in the superstructure and deck structure. This study examined the motion response of the Korea very large crude carrier 2 (KVLCC2) at various VCGs, especially roll motion when the VCG changed. The potential theory in the Ansys AQWA program was used as a numerical simulation method to calculate the motion response. On the other hand, the calculations obtained through potential theory overestimated the roll amplitudes during resonance and lacked precision. Therefore, roll damping is a necessary parameter that accounts for the viscosity effect by performing an experimental roll decay. The roll decay test estimated the roll damping coefficients for various VCGs using Froude's method. The motion response of the ship in regular waves was evaluated for various VCGs using the estimated roll-damping coefficients. In addition, the reliability of the numerical simulation in motion response was verified with those of the experiment method reported elsewhere. The simulation results showed that the responses of the surge, sway, heave, pitch, and yaw motion were not affected by changing the VCG, but the natural frequency and magnitude of the peak value of the roll motion response varied with the VCG.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.61
no.2
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pp.77-87
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2024
In the present study, seakeeping performance for an amphibious vehicle in regular head waves was analyzed and evaluated experimentally and numerically. First, seakeeping tests were performed to confirm the vehicle's motion response of heave, pitch motion and vertical acceleration in restricted wavelength ratio conditions for a simplified vehicle shape. Numerical analyses were also conducted for a simplified vehicle shape to validate the numerical solver. To simulate the vehicle's motions, multi-degrees of freedom were calculated by a dynamic fluid-body interaction solver in STAR-CCM+. Comparison between numerical and experimental results was carried out for a simplified vehicle shape. Numerical results are in good agreement with experimental results. Second, numerical analyses were performed for a detailed vehicle shape considering seaway wavelength conditions. The seakeeping performance for an amphibious vehicle was evaluated by comparing with the existing ship's seakeeping performance standards.
Dong-Hee Choi;Jae-Min Jeon;Min-Ju Maeng;Jeong-Hyeon Kim;Bo Woo Nam
Ocean Systems Engineering
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v.14
no.3
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pp.277-299
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2024
In this study, the wave-induced motion responses of modular floating structures (MFS) was investigated through a series of experiments in a two-dimensional wave tank. A 1:63 scale model test was conducted using a 1-by-2 modular floating structure consisting of two modules and connectors. Two different types of connectors were considered: a pitch-free hinge and rigid connector. The numerical analysis was performed based on the higher-order boundary element method (HOBEM) and wave Green function with potential flow theory. First, the heave and pitch RAOs of the modules from the regular wave tests were directly compared with numerical analysis results. Next, the motion spectra and their statistical values from the irregular wave tests were compared with the numerical analysis results. The study revealed that the sheltering effect of the weather side module led to a reduction in motion of the lee side module. The numerical analysis showed good agreement with the experimental data, demonstrating the validity of the numerical method. Additionally, the rigid connector, which strongly constrain all six degrees of freedom, significantly reduce pitch motion, making the modules behave as a single rigid body.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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