The major subject of this paper is the conceptual design of a cable-buoy system based on mechanics of floating bodies and mooring lines. The goal is to present a systematic relevant analysis procedure for the conceptual design of oceanographic buoy systems. The dynamics of a free floating body with an anchoring line is studied and a model is proposed through the primary engineering.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.2
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pp.157-162
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2018
The increase of risk in port due to the increase in ship size and sea level rises, the standard crown height will increase. In this study, cruise and container ships will need to raise their crown height due to the projected wind pressure areas becoming larger due to the ships' size increase. The mooring assessment was evaluated with the rise of the crown height. The cruise ship of GT 100,000 tons exceeded the permissible breaking force of the mooring line under the crown height conditions of wind speed of 30 kts when the wind direction was $45^{\circ}$ to the direction of the bow. Also, the elevation angle of the pier and mooring line was analyzed and exceeded the crown height, and it was determined that it is necessary to adjust the crown height. Container ships of DWT 100,000 tons were analyzed to exceed the limit of sway motion at the crown height and it was determined that they need to be adjusted to the minimum crown height standard.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.2
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pp.140-145
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2018
This paper deals with the dynamical analysis of a two-point mooring vessel under surge excitations. The characteristics of nonlinear behaviors are investigated completely including bifurcation and limit cycle according to particular input parameter changes. The strong nonlinearity of the mooring system is mainly caused by linear and cubic terms of restoring force. The numerical simulation is performed based on the fourth order Runge-Kutta algorithm. The bifurcation diagram and several instability phenomena are observed clearly by varying amplitudes as well as frequencies of surge excitations. Stable periodic solutions, called the periodic windows, can be obtained in succession between chaotic clouds of dots in case of frequency ${\omega}=0.4rad/s$. In addition, the chaotic region is unexpectedly increased when external forcing amplitude exceeds 1.0 with the angular frequency of ${\omega}=0.7rad/s$. Compared to the cases for ${\omega}=0.4$, 0.7rad/s, the region of chaotic behavior becomes more fragile than in the case of ${\omega}=1.0rad/s$. Finally, various types of steady states including sub-harmonic motion, limit cycle, and symmetry breaking phenomenon are observed in the two-point mooring system at each parameter value.
YOON Gil Su;KIM Yong Jig;KIM Dong Jun;KANG Shin Young
Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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v.31
no.2
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pp.202-209
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1998
A three-dimensional numerical method based on the Green's integral equation is developed to predict the motion response and drift force in waves for the ocean monitoring facilities. In this method, we use source and doublet distribution, and triangular and rectangular eliments. To eliminate the irregular frequency phenomenon, the method of improved integral equation is applied and the time-mean drift force is calculated by the method of direct pressure integration over the body surface. To conform the validity of the present numerical method, some calculations for the floating sphere are performed and it is shown that the present method provides sufficiently reliable results. As a calculation example for the real facilities, the motion response and the drift force of the vertical cylinder type ocean monitoring buoy with 2.6 m diameter and 3,77 m draft are calculated and discussed. The obtained results of motion response can be used to determine the shape and dimension of the buoy to reduce the motion response, and other data such as the effect of motion reduction due to a damper can be predictable through these motion calculations. Also, the calculation results of drift force can be used in the design procedure of mooring system to predict the maximum wave load acting on the mooring system. The present method has, in principle, no restriction in the application to the arbitrary shape facilities. So, this method can be a robust tool for the design, installation, and operation of various kinds of the floating-type ocean monitoring facilities.
The global performance of the 5MW OC4 semisubmersible floating wind turbine in random waves was numerically simulated by using the turbine-floater-mooring fully coupled and time-domain dynamic analysis program FAST-CHARM3D. There have been many papers regarding floating offshore wind turbines but the effects of second-order wave-body interactions on their global performance have rarely been studied. The second-order wave forces are actually small compared to the first-order wave forces, but its effect cannot be ignored when the natural frequencies of a floating system are outside the wave-frequency range. In the case of semi-submersible platform, second-order difference-frequency wave-diffraction forces and moments become important since surge/sway and pitch/roll natural frequencies are lower than those of typical incident waves. The computational effort related to the full second-order diffraction calculation is typically very heavy, so in many cases, the simplified approach called Newman's approximation or first-order-wave-force-only are used. However, it needs to be justified against more complete solutions with full QTF (quadratic transfer function), which is a main subject of the present study. The numerically simulated results for the 5MW OC4 semisubmersible floating wind turbine by FAST-CHARM3D are also extensively compared with the DeepCWind model test results by Technip/NREL/UMaine. The predicted motions and mooring tensions for two white-noise input-wave spectra agree well against the measure values. In this paper, the numerical static-offset and free-decay tests are also conducted to verify the system stiffness, damping, and natural frequencies against the experimental results. They also agree well to verify that the dynamic system modeling is correct to the details. The performance of the simplified approaches instead of using the full QTF are also tested.
Side-by-side offloading operations are widely utilized in engineering practice. The hydrodynamic interactions between two vessels play a crucial role in safe operation. This study focuses on the coupled effects between two floating bodies positioned side-by-side as a shuttle tanker-FPSO (floating production, storage and offloading) system. Several wave directions with different side-by-side distances are studied in order to obtain the variation tendency of the horizontal hydrodynamic coefficients, motion responses and mean drift forces. It is obtained that the coupled hydrodynamics between two vessels is evidently distinguished from the single body case with shielding and exaggerating effects, especially for sway and yaw directions. The resonance frequency and the peak amplitude are closely related with side-by-side separation distance. In addition, the horizontal hydrodynamics of the shuttle tanker is more susceptible to coupled effects in beam waves. It is suggested to expand the gap distance reasonably in order to reduce the coupled drift forces effectively. Attention should also be paid to the second peaks caused by hydrodynamic coupling. Since the horizontal mean drift forces are the most mainly concerned forces to be counteracted in dynamic positioning (DP) system and mooring system, prudent prediction is beneficial in saving consumed power of DP system and reducing tension of mooring lines.
A semi-active algorithm for edgewise vibration control of the spar-type floating offshore wind turbine (SFOWT) blades, nacelle and spar platform is developed in this paper. A tuned mass damper (TMD) is placed in each blade, in the nacelle and on the spar to control the vibrations for these components. A Short Time Fourier Transform algorithm is used for semi-active control of the TMDs. The mathematical formulation of the integrated SFOWT-TMDs system is derived by using Euler-Lagrangian equations. The theoretical model derived is a time-varying system considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar, mooring system and the TMDs, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force. The aerodynamic loads on the nacelle and the spar due to their coupling with the blades are also considered. The effectiveness of the semi-active TMDs is investigated in the numerical examples where the mooring cable tension, rotor speed and the blade stiffness are varying over time. Except for excessively large strokes of the nacelle TMD, the semi-active algorithm is considerably more effective than the passive one in all cases and its effectiveness is restricted by the low-frequency nature of the nacelle and the spar responses.
Choi, Ji-Woong;Lee, Gyu-Han;Kim, Jae Un;Heo, Nam Wook;Cha, Yong Hyun;Ha, Hojin
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.19
no.1
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pp.18-27
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2021
As the photo-voltaic (PV) industry grows, the floating PV has been suggested to resolve current environmental destruction and a lack of installation area. Currently, various floating PV systems have been developed, but there is a lack of studies on how the shape of the floating body and other compositions are affecting structural behavior. In this study, the behavior of the floating PV was investigated at the various length of mooring lines, stiffness of connecting hinges, and size of floating bodies. The shortest mooring lines with the distributed type floating PV showed the least force on the floating body and corresponding motion. A frictionless hinge is safer at the regular and low-height wave, while a stiff hinge is safer at irregular and high-height wave. In addition, due to the bi-axial distribution of the connecting hinge, 45° direction wave was found to be the most dangerous.
Dey, Swarnadip;Saha, Kaushik;Acharya, Pooja;Roy, Shovan;Banik, Atul K.
Ocean Systems Engineering
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v.8
no.4
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pp.441-459
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2018
A coupled dynamic analysis of a semisubmersible-type FOWT has been carried out in time domain under the combined action of irregular wave and turbulent wind represented respectively by JONSWAP spectrum and Kaimal spectrum. To account for the turbine-floater motion coupling in a more realistic way, the wind turbulence has been incorporated into the calculation of aerodynamic loads. The platform model was referred from the DeepCwind project and the turbine considered here was the NREL 5MW Baseline. To account for the operationality of the turbine, two different environmental conditions (operational and survival) have been considered and the aerodynamic effect of turbine-rotation on actual responses of the FOWT has been studied. Higher mean offsets in surge and pitch responses were obtained under the operational condition as compared to the survival condition. The mooring line tensions were also observed to be sensitive to the rotation of turbine due to the turbulence of wind and overestimated responses were found when the constant wind was considered in the analysis. Additionally, a special analysis case of sudden shutdown of the turbine has also been considered to study the swift modification of responses and tension in the mooring cables.
The environmental elements which naturally occur can result in structural damages and operating faults of vessels under the navigation and mooring. These primary factors are considered as wind, waves and tide. In order to investigate wind shielding effects with respect to wind load conditions between two ships which face the wind directly or slantingly to the wind direction, this numerical simulation was preferred in terms of the variation of wind loads according to different distances, wind velocities and wind directions between two ships. The results were proved to be quite reasonable, comparing with experimental data from Danish Maritime Institute, and the report, "Environmental Conditions And Environmental Loads" published by Det Norske Veritas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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