A new type of horizontal submerged break water or fixed structure to control waves near coastal area is introduced to focus wave energy before or behind it. Intentionally, the water depth near the structure is changed gradually to get a refraction and diffraction effect. The concentration of wave energy due to the structure was analyzed for the selected design of structure. The shape of the submerged structure in consideration is a circular combined with elliptical curve not to cause reflection of waves at the extreme edge of the structure but cause wave scattering. The direction of the structure against the incident wave is changed easily in the model Applying a regular wave train the following were examined. 1) whether a crescent plain submerged structure designed by the wave refraction theory can concentrate wave energy at a focal zone behind and before it without wave breaking phenomenon. 2) Location of maximum wave amplification factor in terms of the incident wave direction, wave period, etc. In any event the study would contribute to control waves near coastal area and to protect a beach from erosion without interruption of ocean view it is an useful study for the concentration of wave energy efficiently with the increase of wave height.
In this study, wave force tests were carried out for the four types of offshore support structures with scale factor 1:25 and wave forces to the support structure shapes were investigated. As the results of this study, it was found that, as the wave period increased at the normal wave condition, wave force decreased for the most cases. Extreme wave force was affected by the impact wave force. Impact wave force of this study significantly effect on Monopile and slightly on GBS and Hybrid type. Accordingly, Hybrid type indicated even lower wave force at the extreme and irregular wave conditions than the Monopile although Hybrid type indicated higher wave force at the normal wave condition of the regular wave because of the larger wave area of wave body. In respects of the structural design, since critical loading is extreme wave force, it should be contributed to improve structural safety of offshore support structure. However, since the impact wave force has nonlinearity and complication dependent on the support structure shape, wave height, wave period, and etc., more research is needed to access the impact wave force for other support structure shapes and wave conditions.
Numerical experiments have been conducted using the nonlinear combined refraction-diffraction model, in order to analyze the generation characteristics of stem wave, which is formed by the interaction between vertical structure and the oblique incident waves. The results of stem wave are discussed through the stem wave height distribution along/normal vertical structure, under the wide range of incident wave conditions-wave heights, periods, depths, and angles. Under the same wave height and period, the larger the incident wave angle, the higher the stem wave heights. According to the results of wave height distribution, in front of vertical structure, the maximum of stern wave heights occurs in the location bordering the vertical wall. Furthermore, the most significant result is that stem waves occur under the incident angles between $0^{\circ}\;and\;30^{\circ}$, and the stem wave height ratio has the maximum value, which is approximately 1.85 times the incident wave height when the incident wave angle becomes $23^{\circ}$.
In this study, the effects on hydraulic characteristics are discussed as the permeable underlayer thickness of the rubble mound structure changes. A series of hydraulic experiments were performed and wave run-up, reflection and set-up were investigated. Result indicated that wave run-down was affected by the water out from the permeable underlayer during down-rush. As the thickness increased, relative wave run-up decreased.
Spatial variations of a seismic wave are mainly wave passage and wave scattering. Wave passage effect is produced by changed characteristics of exciting seismic input motions applied to the bedrock. Modified input motions travel horizontally with time differences determined by apparent shear wave velocity of the bedrock. In this study, wave passage effect on the seismic response of a structure-soil system is investigated by modifying the finite element software of P3DASS (Pseudo 3-Dimensional Dynamic Analysis of a Structure-soil System) to apply inconsistent (time-delayed) seismic input motions along the soft soil-bedrock interface. Study results show that foundation size affected on the seismic response of a structure excited with inconsistent input motions in the lower period range below 0.5 seconds, and seismic responses of a structure were decreased considerably in the lower period range around 0.05 seconds due to the wave passage. Also, shear wave velocity of the bedrock affected on the seismic response of a structure in the lower period range below 0.3 seconds, with significant reduction of the seismic response for smaller shear wave velocity of the bedrock reaching approximately 20% for an apparent shear wave velocity of 1000m/s at a period of 0.05 seconds. Finally, it is concluded that wave passage effect reduces the seismic response of a structure in the lower period range when the bedrock under a soft soil is soft or the bedrock is located very deeply, and wave passage is beneficial for the seismic design of a short period structure like a nuclear container building or a stiff low-rise building.
The effects of wave energy focusing by a submerged berm type of structure is examined. The fundamental idea is based on the phenomenon of refraction by a lens-shaped crescent structure which results in the focusing of wave energy on the center line of the structure. The shape of the submerged structure is a complex curve combining circular with elliptical elements. Based on the design procedure, a special configuration of structure(termed herein as a triple crescent structure) is introduced. Next, some hydraulic model tests are performed to confirm the wave focusing effect in laboratory. In addition, in order to interpret the wave focusing performance behind the structure, a numerical procedure by the hybrid element method is used on the basis of the conventional mild slope equation but modified and extended to allow for steeper bottom slopes and higher curvature. The modified refraction and diffraction provide additional mechanism for wave height amplification and the maximum amplification for triple crescent structure is presented. It also allows for the possibility of wave energy scattering with the change of the incident wave direction. Comparisons with previous theoretical results involving a submerged crescent shape structure are described.
The safety and stability of 5MW class offshore wind turbine Jack-up platform was investigated through ocean basin experiment. For simulating the environmental condition of yellow sea in the South Korea, diverse waves, winds and currents were performed based on Froude's number. Regular wave and irregular wave based on Froude's number were applied to the wind turbine structure. In experiments, the height and period of regular wave type were scaled down as the 1:50 ratio of real wave condition. Irregular wave type was simulated with TMA(Texel Storm, Marsen and Arsloe)spectrum. The vertical reaction force, resonance period and wave pressure applied to multi-supporters of wind offshore structure were measured experimentally. Finally, the results showed that the capsizing situation of the offshore structure was generated by the severe environmental condition.
Large offshore structure are to be considered for oil storage facilities , marine terminals, power plants, offshore airports, industrial complexes and recreational facilities. Some of them have already been constructed. Some of the envisioned structures will be of the artificial-island type, in which the bulk of structures may act as significant barriers to normal waves and the prediction of the wave intensity will be of importance for design of structure. The present study deals wave scattering problem combining reflection and diffraction of waves due to the shape of the impermeable rigid upright structure, subject to the excitation of a plane simple harmonic wave coming from infinity. In this study, a finite difference technique for the numerical solution is applied to the boundary integral equation obtained for wave potential. The numerical solution is verified with the analytic solution. The model is applied to various structures, such as the detached breakwater (3L${\times}$0.1L), bird-type breakwater(318L${\times}$0.17L), cylinder-type and crescent -type structure (2.89L${\times}$0.6L, 0.8L${\times}$0.26L).The result are presented in wave height amplification factors and wave height diagram. Also, the amplification factors across the structure or 1 or 2 wavelengths away from the structure are compared with each given case. From the numerical simulation for the various boundary types of structure, we could figure out the transformation pattern of waves and predict the waves and predict the wave intensity in the vicinity of large artificial structures.
본 연구에서는 3차원수치파동수로내에 쇄파후의 파랑이 대형연직원주구조물에 작용할 때 작용파력과 구조물에 의한 파랑변형을 수치적으로 해석한다. 수치해석법으로 파랑과 구조물과의 비선형상호간섭에 따른 쇄파현상을 포함하는 복잡한 자유수면의 거동특성을 고정도로 해석할 수 있는 3차원Navier-Stokes운동방정식과 자유수면추적에 3차원VOF(Volume Of Fluid)법을 결합한 강비선형해석법을 적용한다. 3차원파동장내에서 해저는 쇄파를 상대적으로 쉽게 발생시킬 수 있는 경사스텝의 해저(변수심의 경사수역과 일정수심역으로 구성)로 이루어진 경우를 고려하며, 파고의 변화에 따라 쇄파가 경사수역 또는 일정수심역에서 발생하여 일정수심역의 대형연직원주구조물에는 쇄파후의 파랑만이 작용하는 경우로 한정한다. 구조물의 위치 및 입사파랑의 파고변화가 구조물에 작용하는 파력 및 파랑변형에 미치는 특성을 쇄파전후의 파랑을 중심으로 검토하고, 쇄파후 파랑의 전파에 따른 파랑에너지의 변화와 구조물에 작용하는 파력특성과를 연관시켜 논의하여 3차원파동장에서 파랑과 구조물과의 강비선형간섭현상의 특성을 규명한다.
투과성 이중 반원통 구조물과 경사 입사파간의 상호작용문제를 선형포텐셜 이론을 사용하여 살펴보았다. 투과성 이중 반원통 구조물은 바닥에 고정된 동심원상으로 배열된 2개의 원통 구조물로 이루어지며 각 원통 구조물의 전면은 일정한 공극율을 갖는 투과벽으로 후면은 투명한 벽으로 구성된다. 전면 투과벽의 공극율과 간격 그리고 파랑특성(주파수, 입사각)을 변화시키면서 파랑하중과 처올림 파형 그리고 파 차단성능을 살펴보았다. 파 차단 성능의 척도로서 차단영역내의 평균제곱 변위의 제곱근(R.M.S.)을 사용하였다. 투과성 반원통 구조물은 불투과성 구조물과 비교하여 차단영역내의 파도응답을 감소시키며 구조물에 작용하는 파랑하중을 크게 줄여준다. 특히 이중 구조물은 고주파주 영역에서 단일 구조물보다 파를 차단하는데 효과적이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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