International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.143-153
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2019
In this study, numerical simulations for the prediction of added resistance for KVLCC2 with varying wave steepness are performed using a Computational Fluid Dynamics (CFD) method and a 3-D linear potential method, and then the non-linearities of added resistance and ship motions are investigated in regular short and long waves. Firstly, grid convergence tests in short and long waves are carried out to establish an optimal mesh system for CFD simulations. Secondly, numerical simulations are performed to predict ship added resistance and vertical motion responses in short and long waves and the results are verified using the available experimental data. Finally, the non-linearities of added resistance and ship motions with unsteady wave patterns in the time domain are investigated with the increase in wave steepness in both short and long waves. The present systematic study demonstrates that the numerical results have a reasonable agreement with the experimental data and emphasizes the non-linearity in the prediction of the added resistance and the ship motions with the increasing wave steepness in short and long waves.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.1
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pp.111-115
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2011
When formulating a general, non-linear mathematical model of ship dynamics in waves the hydrostatic forces and moments along with the Froude-Krylov part of wave load are usually concerned. Normally radiation and the diffraction forces are regarded as linear ones. The paper discusses briefly few approaches, which can be used in this respect. The concerned models attempt to model the non-linearities of the surface waves; both regular and the irregular ones, and the nonlinearities of the restoring forces and moments. The approach selected in the Laidyn method, which is meant for the evaluation of large amplitude motions in the 6 degrees-of-freedom, is presented in a bigger detail. The workability of the method is illustrated with the simulation of ship motions in irregular stern quartering waves.
A particle method, recognized as one of gridless methods, has been developed to investigate non-linear free-surface motions interacting with structures. This method is more feasible and effective than conventional grid methods for solving flow fieldswith complicated boundary shapes. The method consists of particle interaction models representing pressure gradient, diffusion, incompressibility, and the free-surface boundary conditions without grids. In the present study, broken dam problems with various viscosity values are simulated to validate the developed method.
Brizzolara, Stefano;Bonfiglio, Luca;Medeiros, Joao Seixas De
Ocean Systems Engineering
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v.3
no.3
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pp.219-236
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2013
The accurate prediction of motion in waves of a marine vehicle is essential to assess the maximum sea state vs. operational requirements. This is particularly true for small crafts, such as Autonomous Surface Vessels (ASV). Two different numerical methods to predict motions of a SWATH-ASV are considered: an inviscid strip theory initially developed at MIT for catamarans and then adapted for SWATHs and new a hybrid strip theory, based on the numerical solution of the radiation forces by an unsteady viscous, non-linear free surface flow solver. Motion predictions obtained by the viscous flow method are critically discussed against those obtained by potential flow strip theory. Effects of viscosity are analyzed by comparison of sectional added mass and damping calculated at different frequencies and for different sections, RAOs and motions response in irregular waves at zero speed. Some relevant conclusions can be drawn from this study: influence of viscosity is definitely non negligible for SWATH vessels like the one presented: amplitude of the pitch and heave motions predicted at the resonance frequency differ of 20% respectively and 50%; in this respect, the hybrid method with fully non-linear, viscous free surface calculation of the radiation forces turns out to be a very valuable tool to improve the accuracy of traditional strip theories, without the burden of long computational times requested by fully viscous time domain three dimensional simulations.
Waves, which are the main source of ship motions in a seaway, considerably affect the performance of a ship. The study of waves and their impact on ship motions within harbors is an important aspect of the design and operation of harbors. The prediction of incoming groups of waves is particularly important for evaluating ship motion within a harbor. Such a prediction makes it possible to evaluate ship safety more accurately. The wave transformation model reported here is applied to actual ports based on Boussinesq wave equations both non-linear and dispersive wave processes be considered in order to capture physical effects such as wave shoaling, refractions, reflection and diffraction in variable depth environments. The prediction of incoming groups of waves is particularly important for evaluating ship motion within a harbor, Such a prediction makes it possible to evaluate ship safety more accurately and provide safe wave informations for navigation. Furthermore, a wave information support system is proposed for entering ships as one technique for improving the safety of ship operations. This system predicts the run of waves and reduces the danger by identifying the most dangerous point near the harbor entrance at the small wave groups.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.1
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pp.20-26
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2011
A weakly nonlinear seakeeping methodology for predicting motions and loads is presented in this paper. This methodology assumes linear radiation and diffraction forces, calculated in the frequency domain, and fully nonlinear Froude-Krylov and hydrostatic forces, evaluated in the time domain. The particular approach employed here allows to overcome numerical problems connected to the determination of the impulse response functions. The procedure is divided into three consecutive steps: evaluation of dynamic sinkage and trim in calm water that can significantly influence the final results, a linear seakeeping analysis in the frequency domain and a weakly nonlinear simulation. The first two steps are performed employing a three-dimensional Rankine panel method. Nonlinear Froude-Krylov and hydrostatic forces are computed in the time domain by pressure integration on the actual wetted surface at each time step. Although nonlinear forces are evaluated into the time domain, the equations of motion are solved in the frequency domain iteratively passing from the frequency to the time domain until convergence. The containership S175 is employed as a test case for evaluating the capability of this methodology to correctly predict the nonlinear behavior related to wave induced motions and loads in head seas; numerical results are compared with experimental data provided in literature.
This paper deals with motion identification using artificial neural network (ANN) and its application to automatic ship berthing. As ship motions are expressed by multi-term non-linear model, it is very difficult to find optimal methods for automatic ship berthing especially under environmental disturbances. In this paper, metier identification was used to estimate the effect of environmental disturbances and then the differences between values of identification and state variables are used to estimate the effect of environmental disturbances. A rule based-algorithm using the difference is suggested to cope with the effect of the disturbances. The algorithm adjusts the value of input units of ANN, which control a ship to keep desired route ...
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.24
no.1
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pp.51-66
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1987
In this paper, the authors investigate theoretically the motion and longitudinal strength of ships among waves talking account of the effects of nonlinearities such as the hull shape, bottom emergence, and hydrodynamic impact. Incidentally the ship is treated as an elastic beam in heading wave condition regarding characteristics of slamming and whipping-according to the variation in the range of a quarter length of the ship forward and the increase of the elastic modes up to 4-th vibration mode were investigated by the present theory. Calculations are performed for 97m container ship and its validity is confirmed by a series of model tests. Conclusions obtained are as follows; 1) Acceleration and pressure estimated by the present theory are in good accordance with experiments. 2) The present non-linear theory may be applied for estimating longitudinal bending moment of ships in slamming and whipping conditions. 3) In investigation of the characteristic in response according to shape variation for parts under draft and vow-flare in the range of a quarter length of the ship forward, dynamic responses due to the former were much more conspicuous than those due to the later. 4) In the maximum bending moment, the considering case up to 2-the mode are larger, about $10{\sim}15%$, than that up to 4-th mode.
In this study, the added resistances of the large container ship in head and oblique seas are evaluated using a time-domain Rankine panel method. The mean forces and moments are computed by the near-field method, namely, the integration of the second-order pressure directly on the ship surface. Furthermore, a weakly nonlinear approach in which the nonlinear restoring and Froude-Krylov forces on the exact wetted surface of a ship are included in order to examine the effects of amplitudes of waves on ship motions and added resistances. The computation results for various advance speeds and heading angles are validated by comparing with the experimental data, and the validation shows reasonable consistency. Nevertheless, there exist discrepancies between the numerical and experimental results, especially for a shorter wave length, a higher advance speed, and stern quartering seas. Therefore, the accuracies of the linear and weakly nonlinear methods in the evaluation of the mean drift forces and moments are also discussed considering the characteristics of the hull such as the small incline angle of the non-wall-sided stern and the fine geometry around the high-nose bulbous bow.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.1
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pp.1-9
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2008
The free-surface motions interacting with structures are investigated numerically using the Moving Particle Semi-implicit (MPS) method proposed by Koshizuka et al. (1996) for solving incompressible flow. In the method, Lagrangian moving particles are used instead of Eulerian approach using grid system. Therefore the terms of time derivatives in Navier-Stokes equation can be directly calculated without any numerical diffusion or instabilities due to the fully Lagrangian treatment of fluid particles and topological failure never occur. The MPS method is applied to the numerical study on the fluid impact loads for wet-drop tests in a LNG tank, and the results are compared with experimental ones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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