Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.1055-1060
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2001
Springing phenomena of ships is introduced with its concept, research history and approach methodology. Being a hydroelasticity problem, non-linear vibration and stochastic process, springing was formulated and modeled in vibration point of view separating hydrodynamic force into system properties and excitation force. Both RAO and response spectrum as well as wave spectrum were presented as a case study of springing analysis for a flexible vessel with wide breadth. The effect of advance speed, heading angle and loading condition were investigated as parametric study. The results and observations showed availability of analysis for the prediction of the ship springing behavior.
Estimating fatigue damage is a very important issue in the design of ships. The springing and whipping response, which is the hydro-elastic response of the ship, can increase the fatigue damage of the ship. So, these phenomena should be considered in the design stage. However, the current studies on the the application of springing and whipping responses at the design stage are not sufficient. So, in this study, a prediction method was developed using fluid-structural interaction analysis to assess of the fatigue damage induced by springing and whipping. The stress transfer function (Stress RAO) was obtained by using the 3D FE model in the frequency domain, and the fatigue damage, including linear springing, was estimated by using the wide band damage model. We also used the 1D beam model to develop a method to estimate the fatigue damage, including nonlinear springing and whipping by the vertical bending moment in the short-term sea state. This method can be applied to structural members where fatigue strength is weak to vertical bending moments, such as longitudinal stiffeners. The methodology we developed was applied to 325K VLOC, and we analyzed the effect of the springing and whipping phenomena on the existing design.
Evaluation of fatigue strength considering the springing effect of very large container ships is crucial in the design stage. In this study, we established a fatigue strength evaluation method considering a linear springing component in the frequency domain. Based on a three-dimensional global model, a fluid-structure interaction analysis was performed and the modal superposition method was applied to determine the hot spot stress at the hatch corner of very large container ships. Fatigue damage was directly estimated using the stress transfer function with a linear springing response. Furthermore, we proposed a new methodology to apply the springing effect to fatigue damage using hull girder loads. Subsequently, we estimated the fatigue damage contribution due to linear springing components along the ship length. Finally, we discussed the practical application of the proposed methods.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.2
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pp.55-60
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2004
This paper describes the estimation method of hull girder response of ships due to springing. To this aim, nonlinear springing effect on the hull girder is evaluated including vertical, horizontal, and torsional deformation of the hull. The Timoshenko beam model is used to calculate the stress distribution on the hull girder. The quadratic strip method is employed to calculate the hydrodynamic forces and moments on the hull. In order to remove the irregular frequencies, 'rigid lid'is adopted on the hull free surface level and hydrodynamic coefficients are interpolated for asymptotic values. The results of example calculation show a reasonable agreement with previous results for both symmetric and anti-symmetric responses.
Park, Jun Seok;Choi, Byung Ki;Choi, Ju Hyuck;Jung, Byoung Hoon
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2017.10a
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pp.80-87
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2017
This paper is related to structural assessment considering the hydroelastic response of ultra large container ships, especially from whipping (bow or stern impacts) and from springing (resonance). In general, whipping contributes both to increased fatigue and extreme loading, while springing does mainly contribute to increased fatigue loading. To evaluate the hydroelastic response quantitatively with high accuracy, numerical code considering hydro-structure coupling was applied and fatigue strength of a 13,100 TEU class containership was verified. The segmented model test and full scale measurement were also needed to assess the effect of whipping and springing on the fatigue and extreme capacity in more realistic way and for verification of the numerical tools. With reference to class rule, fatigue assessment considering springing effect and extreme assessment considering whipping effect were introduced.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.5
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pp.873-887
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2015
The springing response of a large blunt ship was considered to be influenced by a second order interaction between the incoming irregular wave and the blunt geometry of the forebody of the ship. Little efforts have been made to simulate this complicated fluid-structure interaction phenomenon under irregular waves considering the second order effect; hence, the above mentioned premise still remains unproven. In this paper, efforts were made to quantify the second order effect between the wave and vibrating flexible ship structure by analyzing the experimental data obtained through the model basin test of the scaled-segmented model of a large blunt ship. To achieve this goal, the measured vertical bending moment and the wave elevation time history were analyzed using a higher order spectral analysis technique, where the quadratic interaction between the excitation and response was captured by the cross bispectrum of two randomly oscillating variables. The nonlinear response of the vibrating hull was expressed in terms of a quadratic Volterra series assuming that the wave excitation is Gaussian. The Volterra series was then orthogonalized using Barrett's procedure to remove the interference between the kernels of different orders. Both the linear and quadratic transfer functions of the given system were then derived based on a Fourier transform of the orthogonalized Volterra series. Finally, the response was decomposed into a linear and quadratic part to determine the contribution of the second order effect using the obtained linear and quadratic transfer functions of the system, combined with the given wave spectrum used in the experiment. The contribution of the second order effect on the springing response of the analyzed ship was almost comparable to the linear one in terms of its peak power near the resonance frequency.
This paper considered the prediction of the tension force in the design of a TLP tendon, particularly focusing on the springing problem. Springing is an important parameter that exerts a large tension in special cases. It is a nonlinear phenomenon and requires the 2nd-order wave loads to solve. In this paper, a new prediction method for springing and the resultant extreme tension on the tendon of a TLP is introduced. Using the 2nd-order response function computed using the commercial program WADAM, the probability density function of the 2nd-order tension is obtained from an eigenvalue analysis using a quadratic transfer function and sea spectra. A new method is then suggested to predict the extreme tension loads with respect to the number of occurrences. It is shown that the PDF suggested in this study properly predicts the extreme tension in comparison with the time histories of the 2nd-order tension. The expected tension force is larger than that from a linear analysis in the same time windows. This supports the use of the present method to predict the tension due to springing.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.3
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pp.339-349
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2017
This paper is related to structural design evaluation of 19,000 TEU ultra large container ship, dealing with hydroelastic response, i.e. springing and whipping. It illustrates application of direct calculation tools and methodologies to both fatigue and ultimate strength assessment, simultaneously taking into account ship motions and her elastic deformations. Methodology for springing and whipping assessment within so called WhiSp notation is elaborated in details, and in order to evaluate innovative container ship design with increased loading capacity, a series of independent hydroelastic computations for container ship with mobile deckhouse and conventional one are performed with the same calculation setup. Fully coupled 3D FEM - 3D BEM model is applied, while the ultimate bending capacity of hull girder is determined by means of MARS software. Beside comparative analysis of representative quantities for considered ships, relative influence of hydroelasticity on ship response is addressed.
In this study, considering the hydroelastic response represented by the springing and whipping phenomena, we propose a method of estimating the fatigue damage in the longitudinal connections of ships. First, we screened the design sea states using a load transfer function based on the frequency domain. We then conducted a time domain fluid-structure interaction (FSI) analysis using WISH-FLEX, an in-house code based on the weakly nonlinear approach. To obtain an effective and robust analytical result of the hydroelastic response, we also conducted an experimental model test with a 1/50-scale backbone-based model of a ship, and compared the experimental results with those obtained from the FSI analysis. Then, by combining the results obtained from the hydroelastic response with those obtained from the numerical fatigue analysis, we developed a fatigue damage estimation method. Finally, to demonstrate the effectiveness of the developed method, we evaluated the fatigue strength for the longitudinal connections of the real ship and compared it with the results obtained from the model tests.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.3
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pp.306-320
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2010
Modern ultra-large container carriers can be exposed to the unprecedented springing excitation from ocean waves due to their relatively low torsional rigidity. Large deck opening on the deck of container carriers tends to cause warping distortion of hull structure under wave-induced excitation, eventually leading to the higher chance of resonance vibration between its torsional response and incoming waves. To handle this problem, a higher-order B-spline Rankine panel method and Vlasov-beam FE model was directly coupled in the time domain, and the coupled equation was solved by using an implicit iterative method. In order to capture the complicated behavior of thin-walled open section girder, a sophisticated beam-based finite element model was developed, which takes into account warping distortion and shear-on-wall effect. Then, the developed beam model was directly coupled with the time-domain Rankine panel method for hydrodynamic problem by using the fixed-point iteration method. The developed computational scheme was validated through the comparison with the frequency-domain solution on the container carrier model in linear springing regime.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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