International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권1호
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pp.72-79
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2011
Typical results obtained by a newly developed, nonlinear time domain hybrid method for simulating large amplitude motions of ships advancing with constant forward speed in waves are presented. The method is hybrid in the way of combining a time-domain transient Green function method and a Rankine source method. The present approach employs a simple double integration algorithm with respect to time to simulate the free-surface boundary condition. During the simulation, the diffraction and radiation forces are computed by pressure integration over the mean wetted surface, whereas the incident wave and hydrostatic restoring forces/moments are calculated on the instantaneously wetted surface of the hull. Typical numerical results of application of the method to the seakeeping performance of a standard containership, namely the ITTC S175, are herein presented. Comparisons have been made between the results from the present method, the frequency domain 3D panel method (NEWDRIFT) of NTUA-SDL and available experimental data and good agreement has been observed for all studied cases between the results of the present method and comparable other data.
As a typoon gets into harbour, a moored ships shows erratic motions and even mooring line failures is occurred. Such troubles may be caused by harbour resonance phenomena, result in large motion amplitudes at law frequency, which is closed to the natural frequency of the moored ship. The nonlinear motions of a moored ship beside quay are simulated under external forces due to wave, current including mooring forces in time domain. The forces due to waves are obtained from source and dipole distribution method in the frequency domain. The current forces are calculated by using slow motion maneuvering equation in the horizontal plane. The wind forces are calculated from emperical formula of ABS and the mooring forces of ropes and fenders are modeled as linear spring.
The submerged body near the free surface is disturbed by the 1st and 2nd order wave forces, which results in unstable movements when no control is applied. In this paper, the vertical motions of the submerged body are analyzed, and the time-variant nonlinear system for the vertical motions of the submerged body is transformed to the time-invariant linear system in state space. Next, depth controller of the submerged body is designed by using LQR control, one of the modern optimal control technique. Numerical simulation shows that effective depth controls can be achieved by LQR control.
Under the effects of the near-field earthquakes, the incident angle of the incoming wave could be different. In this study, the influences of some parameters such as incident angle, basin edge, peak ground acceleration level of the bedrock motion as well as different clay types with different consistency on the amplification behavior of the shallow basins are investigated. To attain this goal, the numerical analyses of the basins filled with three different clay types are performed using a fully nonlinear method. The two dimensional models of the basins are subjected to a set of strong ground motions with different peak ground acceleration levels and three different incident angles of 30◦, 45◦ and 90◦ with respect to the horizontal axes. The results show the dominant effect of the obliquely subjected waves at most cases. The higher effect of the 45◦ incident angle on the basin response was concluded. In the other part of this study, the spectral amplification curves of the surface points were compared. It was seen that the maximum spectral amplification of different surface points occurs at different periods. Also, it is affected by the increase in the peak acceleration level of the incoming motions.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권3호
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pp.685-699
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2014
In this study, the dynamic responses of a riser under the combined excitation of internal waves and background currents are studied. A modified Taylor-Goldstein equation is used to calculate the internal waves vertical structures when background currents exist. By imposing rigid-lid boundary condition, the equation is solved by Thompson-Haskell method. Based on the principle of virtual work, a nonlinear differential equation for riser motions is established combined with the modified Morison formula. Using Newmark-${\beta}$ method, the motion equation is solved in time domain. It is observed that the internal waves without currents exhibit dominated effect on dynamic response of a riser in the first two modes. With the effects of the background currents, the motion displacements of the riser will increase significantly in both cases that wave goes along and against the currents. This phenomenon is most obviously observed at the motions in the first mode.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권1호
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pp.105-110
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2011
Some research work on CFD computation of ship motions and added resistance in waves for a high speed trimaran is carried out in this paper. The governing equations, Reynolds Averaged Navier-Stokes and continuity equations are discretized by finite volume method. Volume of fluid method is adopted to deal with the nonlinear free surface. The incident waves are generated from the inflow boundary by prescribing a velocity profile resembling flexible flap wavemaker motions, and the outgoing waves are dissipated inside an artificial damping zone located at the rear part of the wave tank. In this paper, the computed results of ship motion and added resistance for a high speed trimaran are presented. The results of seakeeping experiment for the high speed trimaran carried out in CSSRC towing tank are also presented in this paper. Rather good agreements are shown between the computational and experimental results. The work in this paper provides a numerical tool for the study of seakeeping performance of high speed trimarans.
연소불안정에서 흔히 수반되는 충격파와 한계사이클 같은 비선형적 거동을 수치해석을 통해 고찰하였다. 공진관에 가해진 초기 압력교란이 충격파로 천이되는 과정을 해석함으로서 비선형 음향특성에 대한 이해를 돕는 동시에 수치해석기법의 정확성을 검증하였다. ${\eta}-{\tau}$ 연소응답모델을 이용한 SSME의 해석결과는 선형불안정 영역에서 한계사이클의 특성은 연소파라미터와 작동조건에 의존할 뿐 초기 교란의 특성과는 무관함을 밝혔다. 또한 1.5 MW급 가스발생기의 개발 과정에서 겪은 연소불안정 문제에 적용하여 예측된 안정성 경향을 연소시험 결과와 비교함으로서, 향후 수치해석을 통한 연소불안정 예측기법에 대해 가능성을 확인하는 동시에 향후 연구방향을 모색하였다.
조화가진력이 작용하는 고정경계를 가진 완전원판의 비선형 진동에 대한 응답특성을 연구하였다. 원판의 비대칭모드의 고유진동수 근처에 가진주파수가 작용하는 주공진에서의 응답은 정상파(standing wave)뿐만 아니라 진행파(traveling wave)가 존재 한다고 알려져 있다. 주공진 근처의 정상상태 응답곡선에서 최대한 5개의 안정한 응답이 존재하는 것으로 밝혀졌으며, 이들은 1개의 정상파와 4개의 진행파로 나타난다. 이 진행파 중 2개는 가진진동수가 변화함에 따라 Hope분기에 의해 안정성을 잃은 후 주기배가운동을 거쳐 흔돈운동에 이르게 된다. 초기조건에 의해 각각의 끌개(attractor)에 흡인되는 흡인영역의 경계를 주평면의 개념을 통하여 구하였으며, 가진진동수가 변화함에 따라 안정한 해가 혼돈운동에 이르는 과정에 대해 흡인영역의 경계가 변화되는 특성을 관찰하였으며, 흡인영역 경계에 대한 프랙털 차원(fractal dimension)을 계산하였다.
본 논문에서는 이상유체모델에서의 비선형 자유표면파의 발생, 전파 및 상호간섭에 대한 비정상 문제의 수치해법을 개발하였다. 본 수치해법은 매 시간 스텝에서 비선형 축차해법을 이용한 음함수적(implicit)방법이다. 속도장함수를 구하기 위하여 경계접합좌표계를 도입한 유한차분법을 이용하였다. 본 수치해법의 유효성과 효율성의 검증을 위하여 타원형 유체의 변형과 바닥의 일부분이 올라옴으로서 발생하는 자유표면파의 생성에 대한 두 가지 계산결과를 보여준다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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