Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.2
s.140
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pp.124-128
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2005
This paper describes motion stability of a spar platform with and without a damping plate in regular waves. The heave and pitch motion equation is derived in terms of Mathieu equation and the stability diagram is obtained. It is shown that the spar platform with damping plate has smaller unstable region than that without damping plate in the stability diagram. Model tests are carried out to verify the mathematical analysis. Under the condition that the pitch natural period is approximately double the heave natural period and the heave motion is amplified at heave resonance, unstable pitch motions are evoked. However the unstable motion is stabilized in cases of spar platform with damping plate. Therefore the damping plate is an effective device to stabilize the motion of spar platform.
The motion response of floating structures should be adequately low to permit the operation of rigid risers along with dry well heads. Though Spar platforms have low heave responses under lower sea state, could become unacceptable in near resonance region of wave periods. Hence the hydrodynamic response, heave in particular, must be examined to ensure that it is minimized. To reduce heave motions, external damping devices are introduced and one such effective damping device is heave plate. Addition of heave plate can provide additional viscous damping and additional added mass in the heave direction which influence the heave motion. The present study focuses on the influence of heave plate on the hydrodynamic responses of Classic Spar in regular waves. The experimental investigation has been carried out on a 1:100 scale model of Spar with single and double heave plates in regular waves. Numerical investigation has been carried out to derive the hydrodynamic responses using ANSYS AQWA. The experimental results were compared with those obtained from numerical simulation and found to be in good agreement. The influence of disk diameter ratio, wave steepness, pretension in the mooring line and relative spacing between the plates on the hydrodynamic responses of Spar are evaluated and presented.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.21
no.4
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pp.449-456
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2015
In this paper, attaching various damping plates to the cylindrical structure and performing numerical simulations try to study heave RAO and natural period for cylinder. Most of all, we identified heave RAO of the cylinder by simulations of the motion and the wave. And then, we performed numerical simulations by changing the size and shape of heave damping plate attached to the cylinder and reviewed the heave RAO and natural period for each case. The conclusions of this research are as follows. Firstly, the natural period of cylindrical structure is increased by attached to the cylinder with heave damping plate and the heave RAO of cylindrical structure is reduced in the peak period for incident wave by attached to the cylinder with from the size of 1.30D for heave damping plate. Secondly, circular plate has long natural period than Y-type plate in all of these sections. Finally, the motion response spectrum considering the marine environment of Piranema field was identified as the heave motion of cylindrical structure is remarkably reduced with both circular plate and Y-type plate in the peak period for incident wave.
Motion reduction of an offshore structure at resonant frequency is essential for avoiding critical damage to the topside and mooring system. A damping plate has a distinct advantage in reducing the motion of a floating structure by increasing the added mass and the damping coefficient. In this study, the heave motion responses of a circular cylinder with an impermeable and a permeable damping plate attached at the bottom of the cylinder were investigated thru a model test. The viscous damping coefficients for various combinations of porosity were obtained from a free-decay test by determining the ratio between any pair of successive amplitudes. Maximum energy dissipation occurred at a porous plate with a porosity P = 0.1008. Experimental results for regular and irregular waves were compared with an analytical solution by Cho (2011). The measured heave RAO and spectrum reasonably followed the trends of the predicted values. A significant motion reduction at resonant frequency was pronounced and the heaving-motion energy calculated by the integration of the area under the heave motion spectrum was reduced by more than 75% by the damping plate. However, additional energy dissipation by eddies of strong vorticity and flow separation inside a porous damping plate was not found in the present experiments.
Heave plates have been widely used to enhance viscous damping and thus reduces the heave response of Spar platforms. Single heave plate attached to the keel of the Spar has been reported in literature (Tao and Cai 2004). The effect of double heave plates on hydrodynamic response in random waves has been investigated in this study. The influence of relative spacing $L_d/D_d$ ($D_d$-the diameter of the heave plate) on the hydrodynamic response in random waves has been simulated in wave basin experiments and numerical model. The experimental investigation has been carried out using 1:100 scale model of Spar with double heave plates in random waves for different relative spacing and varying wave period. The influence of relative spacing between the heave plates on the motion responses of Spar are evaluated and presented. Numerical investigation has been carried out to investigate effect of relative spacing on hydrodynamic characteristics such as heave added mass and hydrodynamic responses. The measured results were compared with those obtained from numerical simulation and found to be in good agreement. Experimental and numerical simulation shows that the damping coefficient and added mass does not increase for relative spacing of 0.4 and the effect greater than relative spacing on significant heave response is insignificant.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.7
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pp.1201-1208
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2022
In general, to maximize the supply and efficiency of floating offshore wind power generation energy, the motion caused by wave attenuation of the substructure must be reduced. According to previous studies, the motion response was reduced due to the vortex viscosity generated by the damping plate installed in the lower structure among the waves. In this study, a 5 MW semi-submersible OC5 platform and two platforms with attenuation plates were designed, and free decay experiments and numerical calculations were performed to confirm the effect of reducing motion due to vortex viscosity. As a result of the model test, when the heave free decay tests were conducted at drop heights of 30 mm, 40 mm, and 50 mm, compared with the OC5 platform, the platform with two types of damping plates attached had relatively improved motion damping performance. In the model test and numerical calculation results, the damping plate models, KSNU Plate 1 and KSNU Plate 2, were 1.1 times and 1.3 times lower than OC5, respectively, and the KSNU Plate 2 platform showed about two times better damping performance than OC5. This study shows that the area of the damping plate and the vortex viscosity are closely related to the damping rate of the heave motion.
Structural stability of floating platforms has long since been a crucial issue in the field of marine engineering. Excessive motions would not only deteriorate the operating conditions but also seriously impact the safety, service life, and production efficiency. In recent decades, several control devices have been proposed to reduce unwanted motions, and an attractive one is the tuned heave plate (THP). However, the THP system may reduce or even lose its effectiveness when it is mistuned due to the shift of dominant wave frequency. In the present study, a novel adaptive tuned heave plate (ATHP) is proposed based on inerter by adjusting its inertance, which allows to overcome the limitation of the conventional THP and realize adaptations to the dominant wave frequencies in real time. Specifically, the analytical model of a representative semisubmersible platform (SSP) equipped with an ATHP is created, and the equations of motion are formulated accordingly. Two optimization strategies (i.e., J1 and J2 optimizations) are developed to determine the optimum design parameters of ATHP. The control effectiveness of the optimized ATHP is then examined in the frequency domain by comparing to those without control and controlled by the conventional THP. Moreover, parametric analyses are systematically performed to evaluate the influences of the pre-specified frequency ratio, damping ratio, heave plate sizes, peak periods and wave heights on the performance of ATHP. Furthermore, a Simulink model is also developed to examine the control performance of ATHP in the time domain. It is demonstrated that the proposed ATHP could adaptively adjust the optimum inertance-to-mass ratio by tracking the dominant wave frequencies in real time, and the proposed system shows better control performance than the conventional THP.
JO HYO-JAE;GOO JA-SAM;CHOI HAN-SUK;PARK JU-YONG;OH TAE-WON;KIM BYUNG-WOO;HA MUN-KEUN
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.18
no.6
s.61
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pp.16-21
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2004
This study presents the wave forces for spar platforms. The advantage of a spar platform is that it is easy to manufacture and has excellent to motion characteristics. It is important to precisely determine the wave force acting on spar platforms for their basic design of them. We measur the wave exciting force for both the classic spar and truss spar models, and accomplish the numerical calculation using diffraction theory. The results show that experimental values have good agreement with theoretical values. However it is difficult to accurately estimate the value considering the heave plate of truss spar due to the viscosity.
Jo, Hyo-Jae;Goo, Ja-Sam;Oh, Tae-Won;Kim, Byung-Won;Ha, Mun-Keun
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.10a
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pp.261-266
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2002
This study presents the wave forces for spar platforms. The advantage of spar platform is that it is easy to manufacture and excellency to motion characteristics. It is important to estimate exactly wave force acting spar platforms for basic design of them. We measured the wave exciting force for classic spar and truss spar model, and accomplished the numerical calculation using diffraction theory. The results show that experimental values are good agreement with theoretical values. But it is difficult to estimate accurate value considering the heave plate of truss spar due to the viscosity.
The main objective of this study is to estimate the hydrodynamic forces and to investigate the nonlinear behaviors of fluid motion around the oscillating body on or below a free surface. We have developed a composite grid method to solve the radiation problems. This method is applied to numerical computation of the radiation forces generated by the oscillating body. The numerical results obtained by the present method are compared with the experimental data and a linear potential theory. As a result, we can confirm the accuracy of the present method. Finally, we have evaluated the effect of viscosity on the hydrodynamic forces acting on the oscillating body.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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