본 논문에서는 물체표면을 겹 3차 B-Spline 방법에 의하여 표현하고, 특이점세기를 겹선형으로 근사하는 고차판요소법을 이용하여 몰수체에 대한 조파저항을 계산하였다. 여기서 Neumann-kelvin 문제는 쏘오스분포법과 법선다이폴분포법에 의하여 해석되었다. 고차 판요소법에 의하여 계산된 결과는 Hess & Smith가 사용한 최저차 판요소법 결과와 비교하였으며, 고차 판요소법의 수렴도는 보통 판요소법보다 훨씬 좋은 것으로 나타났다. 그러나, 고차 판요소법에 의하여 계산된 조파저항도 최저차 판요소법에 의한 것과 마찬가지로 낮은 Froude 수에서는 해석해와의 차이를 보이고 있다.
The lifting-surface programs have been used successfully in practice for the design and global performance prediction of the marine propellers. To predict the pressures on the blade for the strength analysis, the constant panel method has been a good alternative. To meet the need for more accurate information on the pressure near the tip region and the trailing edge of the blade, the higher order panel method (HiPan, hereinafter) based on a B-spline is developed and now available. However, there is an increasing demand to get the highly reliable unsteady behavior of the pressure near the tip region by the HiPan. The ultimate goal of our efforts is to develop the fully unsteady higher order panel code for the propeller. In the present paper, we will show the numerical procedure applicable to unsteady problems of the three dimensional hydrofoil in a sinusoidal gust and heave motions.
The improved Green integral equation using the Kelvin-type Green function in known free of irregular frequencies where the integral over the inner free surface integral is removed from the integral equation, resulting in an overdetermined integral equation. The solution of the overdetermined Green integral equation is shown identical with the solution of the improved Green integral equation Using the B-spline higher order panel method, the overdetermined equation is discretized in two different ways; one of the resulting linear system is square and the other is redundant. Numerical experiments show that the solutions of both are identical. Using the present methods, the exact values and higher derivatives of the potential at any place over the wetted surface of the body can be found with much fewer panels than low order panel method.
Numerical solution of the forward-speed radiation problem for a half-immersed cylinder advancing in regular waves is presented by making use of the improved Green integral equation in the frequency domain. The B-spline higher order panel method is employed stance the potential and its derivative are unknown at the same time. The present numerical solution of the improved Green integral equation by the B-spline higher order Kelvin panel method is shown to be free of irregular frequencies which are present in the Green integral equation using the forward-speed Kelvin-type Green function.
B-spline을 이용하여 물체의 형상과 포텐셜을 표현함으로써, 저차경계요소법의 단점들을 극복하고 수치계산의 정도를 높이기 위한 고차 패널법을 개발하였다. 물체표면과 자유표면에 법선 다이폴과 쏘스를 분포시켰으며, 자유표면 및 방사조건을 만족시키기 위해 상류차분식을 사용하는 대신 B-spline의 기저함수를 미분하여 선형화된 자유표면 경계조건에 직접 적용하였다. 이 방법을 적용함으로써 Dawson 방법에서 문제가 되었던 수치감쇠 문제를 피할 수 있었다. 수치계산 프로그램을 검증하기 위해 2차원 원주주위의 유동계산과 날개면 주위의 유동해석을 수행하였으며, B-spline 기저 고차패널법에 의한 수치계산 결과가 저차패널법에 비해 빠른 수렴성과 정확성을 보였고 계산에 필요한 패널 수가 현저히 줄어드는 대단히 만족스러운 결과를 얻었다.
The radiation problem for oscillating bodies on the free surface has been formulated by the over-determined Green integral equation, where the boundary condition on the free surface is satisfied by adopting the Kelvin-type Green function and the irregular frequencies are removed by placing additional control points on the free surface surrounded by the body. The B-Spline based higher order panel method is then applied to solve the problem numerically. Because both the body geometry and the potential on the body surface are represented by the B-Splines, that is in polynomials of space parameters, the unknown potential can be determined accurately to the order desired above the constant value. In addition, the potential expressed in B-Spline can be differentiated analytically to get the velocity on the surface without introducing any numerical error. Sample computations are performed for a semispherical body and a rectangular box floating on the free surface for six-degrees of freedom motions. The added mass and damping coefficients are compared with those by the already-validated constant panel method of the same formulation showing strikingly good agreements.
Katariya, Pankaj V.;Panda, Subrata K.;Mahapatra, Trupti R.
Advances in materials Research
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제6권4호
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pp.349-361
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2017
The nonlinear thermal buckling load parameter of the laminated composite panel structure is investigated numerically using the higher-order theory including the stretching effect through the thickness and presented in this research article. The large geometrical distortion of the curved panel structure due to the elevated thermal loading is modeled via Green-Lagrange strain field including all of the higher-order terms to achieve the required generality. The desired solutions are obtained numerically using the finite element steps in conjunction with the direct iterative method. The concurrence of the present nonlinear panel model has been established via adequate comparison study with available published data. Finally, the effect of different influential parameters which affect the nonlinear buckling strength of laminated composite structure are examined through numerous numerical examples and discussed in details.
The numerical damping and dispersion error characteristics associated with difference schemes and a panel shift method used for the calculation of steady free surface flows by a panel method are an analysed in this paper. First, 12 finite difference operators used for the double model flow by Letcher are applied to a two dimensional cylinder with the Kelvin free surface condition and the numerical errors with these schemes are compared with those by the panel shift method. Then, 3-D waves due to a submerged source are calculated by the difference schemes, the panel shift method and also by a higher order boundary element method(HOBEM). Finally, the waves and wave resistance for Wigley's hull are calculated with these three schemes. It is shown that the panel shift method is free of numerical damping and dispersion error and performs better than the difference schemes. However, it can be concluded that the HOBEM also free of the numerical damping and dispersion error is the most stable, accurate and efficient.
A numerical model for the analysis of the marine propeller including wake roll-up is presented. In this study, we apply a higher-order panel method, which is based on a B-spine representation for both generations of the propeller geometry and hydrodynamic solutions, to predict the flow around the propeller blades. The present model is validated by comparison of the experimental measurements. The results show that the present method is able to predict the improved pressure distributions on the blade surface, especially very close to propeller tip regions, where other panel methods without the wake roll-up model give erroneous results.
This study concentrates on the second-order diffraction problem around circular cylinders in multi-frequency waves. The method of solution is a time-domain Rankine panel method which adopts a higher-order approximation for the velocity potential and wave elevation. In the present study, the multiple second-order quadratic transfer functions are extracted from the second-order time signal generated in random waves, and the comparison with other bench-mark test results shows a good agreement. This approach is directly applicable to prediction of nonlinear forces on offshore structures in random ocean.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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