Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.1
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pp.78-87
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2014
Recently the offshore wind turbine development is requested to be installed off south-west coast and Jeju island in Korea. Reliable and robust support structures are required to meet the demand on the offshore wind turbine in harsh and rapidly varying environmental conditions. Monopile is the most preferred substructure in shallow water with long term experiences from the offshore gas and oil industries. This paper presents an optimum design of a monopile connection with grouted transition piece (TP) for the reliable and cost-effective design purposes. First, design loads are simulated for a 5 MW offshore wind turbine in site conditions off the southwest coast of Korea. Second, sensitivity analysis is performed to investigate the design sensitivity of geometry and material parameters of monopile connection based on the ultimate and fatigue capacities according to DNV standards. Next, optimization is conducted to minimize the total mass and resulted in 30% weight reduction and the optimum geometry and material properties of the monopile substructure of the fixed offshore wind turbine.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.24
no.2
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pp.29-35
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1987
As offshore activities move into deeper ocean, conventional fixed-base platforms drastically increase in size and cost, One of alternatives available is a guyed tower, in which environmental loads are supported by guylines instead of structural members. The guying system of the guyed tower is designed on one hand to be stiff enough to limit the structural displacement in normal operations, but on the other hand to be soft enough to permit large slow sways during the presence of design-level storms. This compliancy provides an efficient means of withstanding harsh environment so that the disproportionate increase in size of deep water platforms can be kept to a rational limit. Novel configurations contain always some degrees of potential risks mainly due to the lack of experience. The most critical hazard inherent to a guyed tower may be the pullout of anchor piles. Once it happens, the guyline fails to function and it may eventually lead to the total collapse of the system. It is the aim of this paper to discuss and quantify the anchor-pullout risk of a guyed tower. A stochastic analysis is made for evaluating the first-upcrossing probability of the tension acting on anchor piles over the uplift capacity. Nonlinearities involved in the mooring stiffness and hydrodynamics are taken into account by using time-domain analysis. A simplified two dimensional dynamic model is developed to exemplify the underlying concept. Real hurricane data in the Gulf of Mexico spanning over 70 years are incorporated in a numerical example of which result clearly indicates highly potential risk of anchor pullout.
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.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.23
no.6_2
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pp.1007-1014
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2020
IMO(International Maritime Organization) continues to strengthen environmental regulations on exhaust gases such as CO2, NOx, SOx. As for sulfur oxides, from 1 January 2020, all ships on international voyages must use fuel with a sulfur content of 0.5% or less. Or, it is obligatory to use an exhaust gas treatment device that has the same effect. Shipping companies are using low-sulfur oil, replacing them with LNG fuel, or installing scrubbers that suppress sulfur oxide emissions. In the case of ships using bunker C oil, the load on the engine is lower when entering and departing, so the exhaust gas pressure is lowered and the scrubber cannot be properly utilized. Therefore, diesel oil with low sulfur content is used when entering and leaving the coast. When diesel oil is used, exhaust gas is directly discharged through the control system and piping system, and when bunker C oil is used, sulfur oxides are reduced by scrubbers through other control systems and piping systems to discharge exhaust gas. Accordingly, a company has developed a system called a three-way damper valve that can control exhaust gas emissions while integrating these two control systems and piping systems into one. In this study, the control characteristics of the integrated exhaust gas control system and structural safety against external loads in a high-temperature exhaust gas environment were reviewed.
Ryu, Bo Rim;Kang, Ho Keun;Duong, Phan Anh;Lee, Jin Uk
Journal of Navigation and Port Research
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v.45
no.4
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pp.212-223
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2021
The objective of this study was to evaluate structural safety according to environmental conditions acting on the piping of offshore structure and the motion of the structure. As for conditions acting on the piping, the maximum and minimum temperature conditions were used to analyze the design conditions of N2 generator. The motion of the structure was calculated and applied according to the DNV(Det Norske Veritas) rule. Each condition was combined and a total of 26 load combinations were constructed according to thermal load, motion load, and presence or absence of pipe support. Analysis was performed using a commercial program MSC Patran/Nastran. Thermal analysis was performed by applying the steady-state method, Sol 153. Thermal-structural coupled analysis was performed using Sol 101, a linear-static method. As a result of the analysis, the stress tended to increase when temperature inside the pipe was lower in Set 1 and Set 2, when temperature was higher in Set 3, and when the temperature difference between the inside and outside of the pipe in Set 4 was increased. However, the sum of stresses in the condition with only temperature load and the condition with only the kinetic load did not show the same value as the stress in the composite load condition of two loads. That is, the influence of the motion load varied depending on the direction of motion, the arrangement of pipes, and the position of the support. Therefore, it is necessary to comprehensively consider the size and direction of the motion load acting on the piping, the arrangement of the piping, and the location of the pipe supports during the design of piping.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.4
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pp.289-299
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2011
We studied the characteristics of pollutant concentrations in 9 streams that flow into Shihwa Lake in order to provide the scientific data for effective implementation of total pollution loads management system (TPLMS) of the Lake. Suspended solid (SS), chemical oxygen demand (COD), dissolved nutrients ($NO_2$, $NO_3$, $NH_4$, $PO_4$ and $SiO_2$), total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) in stream water from industrial complexes, urban and agricultural regions were determined. Pollutant concentrations in December were higher than that in other sampling periods. COD concentration from industrial complex region with average of 12.6 mg/L was 2 times higher those from urban region (6.6 mg/L) and agricultural region (5.9 mg/L). TP concentration from industrial region also showed higher concentration than other regions. TN concentration in stream water was 5.89 mg/L for industrial region, 3.02 mg/L for urban region and 5.27 mg/L for agricultural region, respectively, suggesting inflow of TN due to fertilizer usage in agricultural field. Relative percentage of nitrogen compounds in TN follows the sequence: $NH_4$ (35.1%) > $NO_2$ (20.0%) > DON (22.8%) > PON (8.9%) > $NO_2$ (3.2%). Concentrations of dissolved nutrients, TP and TN in stream water were 3.2~37.2 times higher than that in Shihwa Lake seawater, therefore large amount of pollutants may be directly entered into Shihwa Lake without any treatment. For Gunja stream of industrial region, pollutants at midstream showed relatively higher concentration compared to upstream and downstream. It is necessary to manage the illegal discharging of sewage and waste water. Our results provide valuable informations on the estimation and reduction of total pollutant loads in the process of establishing adequately strategic and implemental plan of Shihwa Lake TPLMS.
Han, Seok Jong;Lee, Uk Jae;Park, Da In;Lee, Sang Ho;Jeong, Shin Tark;Lee, Sang Seol
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.4
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pp.221-228
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2019
Experimental investigation was performed to analyze the flow field characteristics and power generation performance for a shroud tidal power generation system. Electrical power output was compared with the rotational speed of the turbine blade and electric load connected to the generator for various flow velocity. As the electrical load decreased, the speed of the turbine increased rapidly and reached by about 2 times. The power output also increased remarkably with the decrease of load, and then decreased after maximum power point. In addition, the maximum power point appeared at high electrical loads as the experimental flow velocity increased. These results of the flow field characteristics and power generation performance analysis of the shroud tidal power generation system variation with the flow velocity conditions and electrical load are expected to be the basic data necessary for the development of efficient shroud tidal power generation system.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.5
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pp.375-387
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2023
The subsea power cables are increasingly important for harvesting renewable energies as we develop offshore wind farms located at a long distance from shore. Particularly, the continuous flexural motion of inter-array dynamic power cable of floating offshore wind turbine causes tremendous fatigue damages on the cable. As the subsea power cable consists of the helical structures with various components unlike a mooring line and a steel pipe riser, the fatigue analysis of the cables should be performed using special procedures that consider stick/slip phenomenon. This phenomenon occurs between inner helically wound components when they are tensioned or compressed by environmental loads and the floater motions. In particular, Vortex-induced vibration (VIV) can be generated by currents and have significant impacts on the fatigue life of the cable. In this study, the procedure for VIV fatigue analysis of the dynamic power cable has been established. Additionally, the respective roles of programs employed and required inputs and outputs are explained in detail. Demonstrations of case studies are provided under severely sheared currents to investigate the influences on amplitude variations of dynamic power cables caused by the excitation of high mode numbers. Finally, sensitivity studies have been performed to compare dynamic cable design parameters, specifically, structural damping ratio, higher order harmonics, and lift coefficients tables. In the future, one of the fundamental assumptions to assess the VIV response will be examined in detail, namely a narrow-banded Gaussian process derived from the VIV amplitudes. Although this approach is consistent with current industry standards, the level of consistency and the potential errors between the Gaussian process and the fatigue damage generated from deterministic time-domain results are to be confirmed to verify VIV fatigue analysis procedure for slender marine structures.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.2
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pp.203-214
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2024
Ports often suffer pavement damage due to soft ground and heavy equipment operations, leading to issues such as differential settlement and cracks. In this study, we developed port concrete blocks and applied them to a port in two configurations to figure out settlement characteristics. Falling weight deflectometer (FWD) tests on asphalt pavement and block pavements were conducted to figure out deflection and bearing capacity. The block pavement with the cement treated base showed improved bearing capacity with the port operation since lower settlements were detected than asphalt pavement. In the cement treated base, the relative deflection ratio to asphalt concrete pavement was less than 1, indicating enhanced bearing capacity. LiDAR measurements identified multiple settlements in the crushed-stone base due to surface loads after construction. Both relative deflection ratio and LiDAR measurements suggested that block pavement can be widely applied to various port sites with its applicability and bearing capacity of cement-treated base.
The main objective of this study is to investigate the time-dependent deformation of EPS blocks under repeated loading conditions which is the one of the flexible pavement structure. The study comprised of both the experimental work and analytical modeling in order to understand the behavior of EPS blocks under repeated loading. The analytical modeling included the selection of a suitable model for describing the deformation behavior observed under repeated loading conditions, investigating the relationship among the unit weight, deformation and applied stress, analyzing the effect of repeated load on deformation. The test results were compared with the Findley's theory and model analysis with the results of this research under repeated loading conditions. Both Modified Findley's model and the proposed model can be adopted to illustrate the deformation behavior of EPS blocks under repeated loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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