해양구조물에 유기되는 파랑력과 해양파에 의한 해양 구조물의 운동특성에 대한 연구는 선형이론에 근거한 통계적인 방법에 의해 꾸준히 진행되어왔다. 이러한 연구는 선형이론의 제한성으로 인해 파 스펙트럼의 극한에 해당하는 극한파에 대해서는 적용하기 어려운 점이 있다. 본 연구에서는 극한파에 의해 구조물에 작용하는 파랑하중을 추정하는 수치기법을 개발하였다. 수치기법으로는 변분법에 근거한 유한요소법을 사용하였다. 선형 파랑 집중법을 이용하여 수치적으로 극한파를 구현하였으며, 이를 이용하여 바닥면에 고정된 수직 실린더에 작용하는 파랑하중을 추정하였다. 또한 수직 실린더의 유탄성 응답을 고려하여 강체인 경우와 탄성체의 경우에서 극한파에 의한 파랑하중 변화를 고찰하였다.
This paper is concerned with the natural vibration characteristics of a rectangular plate with a rectangular hole in contact with the water. The addressed problem was solved by using the Rayleigh-Ritz method combined with the Green function method. This study presents the numerical approach, numerical results and experimental results. In addition, the validity of the approximate formula which mainly depends on the so-called non-dimensionalized added virtual mass incremental factor and the natural mode shape change due to the presence of the water were investigated. Experiments were also carried out to validate theoretical results. The theoretical results are in good agreement with the experimental results. It was found that the effect of a square hole on the natural frequencies of the square plate in contact with water is different from the effect of a square hole on the natural frequencies of the square plate in air and the approximate formula can predict lower natural frequencies in water with a good accuracy.
A nonlinear time-domain strip theory for vertical wave loads and ship responses is to be investigated. The hydrodynamic memory effect is approximated by a higher order differential equation without convolution. The ship is modeled as a non-uniform Timoshenko beam. Numerical calculations are presented for the S175 Containership translating with the forward speed in regular waves. The approach described in this paper can be used in evaluating ship motions and wave loads in extreme wave conditions and validating nonlinear phenomena in ship design.
In this paper, a theoretical study is carried out on the hydroelastic vibration of a rectangular tank wall. It is assumed that the tank wall is clamped along the plate edges. The fluid velocity potential is used for the simulation of fluid domain and to obtain the added mass due to wall vibration. In addition, the vibration characteristics of stiffened wall of the rectangular tank are investigated. Assumed mode method is utilized to the stiffened plate model and hydrodynamic force is obtained by the proposed approach. The coupled natural frequencies are obtained from the relationship between kinetic energies of a wall including fluid and the potential energy of the wall. The theoretical result is compared with the three-dimensional finite element method and then added mass effect is discussed due to tank length and potential mode.
Selected Papers of The Society of Naval Architects of Korea
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제2권1호
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pp.18-28
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1994
In the vibration analysis of submerged or floating bodies such as ships and offshore structures, the coupled system between fluid and structure should be considered using the compatibility conditions on the wetted surface. It is well known that the hydroelastic vibration analysis of structures in contact with fluid can be done by applying the finite element method(FEM) to structures and the boundary element method(BEM) to the fluid domain. However, such an approach is impractical due to the characteristics of the fully coupled added mass matrix of fluid on the entire wetted surface. To overcome this difficulty, an efficient approach based on a reanalysis scheme is proposed in this paper. The proposed method can be applied for cases of higher local modes and beam-like modes for which three-dimensional reduction factors are not known. The three dimensional reduction factors are not needled and thus the restrictions can be removed in the analyses of non-beam like modes or local vibration modes by considering fluid-structure interaction. The validity and calculation efficiency of the proposed method are proved through numerical examples.
In this paper, a experimental and theoretical study is carried out on the hydroelastic vibration for a rectangular bottom and side plate of tank. It is assumed that the tank wall is clamped along the plate edges. The fluid velocity potential is used for the simulation of fluid domain and to obtain the added mass due to plate vibration. It is assumed that the fluid is imcompressible and inviscid. Assumed mode method is utilized to the plate model and hydrodynamic force is obtained by the proposed approach. The coupled natural frequencies are obtained from the relationship between kinetic energies of a wall including fluid and the potential energy of the wall. The theoretical result is compared with the three-dimensional finite element method. In order to verify the result, modal test was carried out for bottom/side plate of tank model by using impact hammer. It was found the fundamental natural frequency of bottom plate is lower than that of side plate of tank and theoretical result was in good agreement with that of commercial three-dimensional finite element program.
Large deck openings of ultra large container ships reduce their torsional stiffness considerably and hydroelastic analysis for reliable structural design becomes an imperative. In the early design stage the beam model coupled with 3D hydrodynamic model is a rational choice. The modal superposition method is ordinary used for solving this complex problem. The advanced thin-walled girder theory, with shear influence on both bending and torsion, is applied for calculation of dry natural modes. It is shown that relatively short engine room structure of large container ships behaves as the open hold structure with increased torsional stiffness due to deck effect. Warping discontinuity at the joint of the closed and open segments is compensated by induced distortion. The effective torsional stiffness parameters based on an energy balance approach are determined. Estimation of distortion of transverse bulkheads, as a result of torsion and warping, is given. The procedure is illustrated in the case of a ship-like pontoon and checked by 3D FEM analysis. The obtained results encourage incorporation of the modified beam model of the short engine room structure in general beam model of ship hull for the need of hydroelastic analysis, where only the first few natural modes are of interest.
선박이나 해양구조물과 같은 접수구조물의 진동해석은 구조계와 유체계를 연성시켜 접수면에서의 적합조건을 만족시키는 해를 구하게 된다. 잘 알려진 바와 같이 이러한 유력탄성해석은 구조계는 유한요소법을, 유체계는 경계요소법을 적용하여 두 계를 연성시켜 효과적으로 풀 수 있는데, 이 방법은 부가수질량 행렬의 모든 자유도가 접수면에 완전연성되어 있기 때문에 실용화하기에는 어려움이 있다. 본 논문에서는 이와같은 단점을 보완하기 위해서 재해석방범에 기초한 유체-구조 연성진동 해석방법을 제시하였다. 이 방법은 전통적으로 보거동 진동해석에 사용해 온 2차원 부가수질량과 3차원 수정계수 J를 이용한 비연성 진동해석 방법과 비교해 볼때, 3차원 수정계수 J의 고려없이 보거동 진동은 물론 고차진동해석에 좋은 해석 결과를 보여 주었다. 이 방법의 타당성과 계산 효율성을 수치예를 통해 입증하였다.
Recently, with the increase in requirements for marine development, a marine urbanism is being visualized, with more and more huge-scale structures at the scope of the ocean space utilization. In particular, a pontoon-type structure has attracted attention, since The Floating Structures Association of Japan proposed a new concept as the most suitable one of floating airports. The Very Lage Floating Structure (VLFS) is considered a flexible structure, for a quite large length-to-breadth ratio and its geometrical flexibility. The main objective of this study is to makean exact and convenient prediction about the hydro-elastic response on very large offshore structures in waves. The numerical approach for the hydro-elastic responses is based on the combination of the three dimensional source distribution method and the dynamic response analysis method, which assumed a dividing pontoon type structure, as many rigid bodies connected elastic beam elements. The established hydo-elastic theory was applied to the radiation forces caused by motions of a whole structure, formulated using the global coordinate system, which has the origin at the center of the structure. However, in this paper, we took radiation forces, occurred by individual motions of floating bodies, into consideration. The calculated results show good agreement with the experimental and calculated results by Yago.
This paper describes an approach for the numerical analysis of container ship slamming and whipping and various parameters that influence slamming and whipping. For validation purposes, the numerical analysis results were compared with experimental results obtained as part of the Wave-Induced Loads on Ships Joint Industry Project. Water entry problems for two-dimensional (2D) sections were first solved using a 2D generalized Wagner model (GWM) for various drop conditions and geometries. As the next step, the hydroelastic numerical analysis of a 10,000-TEU container ship subjected to slamming and whipping loads in waves was performed. The analysis method used is based on a fully coupled model consisting of a three-dimensional (3D) Rankine panel model, a 3D finite element model (FEM), and a 2D GWM, which are strongly coupled in the time domain. Parametric studies were carried out in both numerical and experimental tests with various forward speeds, wave heights, and wave periods. The trends observed and the validity of the numerical analysis results are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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