Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.18
no.4
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pp.13-20
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1981
The hydrodynamic added mass of two dimensional cylinders oscillating vertically at high frequencies in the free surface is of interest to ship vibration problems. Conformal transformation is one of the methods commonly in use for computing the inertia coefficient. Especially, Schwarz-Christoffel transformation has been employed to evaluate the inertia coefficient for the cylinders of straight frames and chines. In this paper, the inertia coefficient for the cylinders with round corners in vertical oscillation at high frequencies are evaluated by employing the Schwarz-Christoffel transformation for the concave corner. The results of calculation by employing the Schwarz-Christoffel transformation are found to be well within the expected range of values compared to Lewis form and the results obtained by source distribution method.
The coupled free vibration of flexible structures and on-board liquid in zero gravity space was analyzed, considering the spacecraft main body as a rigid mass, the flexible appendages as two elastic beams, and the on-board liquid as a "spring-mass" system. Using the Lagrangians of a rigid mass (spacecraft main body), "spring-mass" (liquid), and two beams (flexible appendages), as well as assuming symmetric motion of the system, we obtained the frequency equations of the coupled system by applying Rayleigh-Ritz method. Solving these frequency equations, which are governed by three system parameters, as an eigenvalue problem, we obtained the coupled natural frequencies and vibration modes. We define the parameter for evaluating the magnitudes of coupled motions of the added mass (liquid) and beam (appendages). It was found that when varying one system parameter, the frequency curves veer, vibration modes exchange, and the significant coupling occurs not in the region closest to the two frequency curves but in the two regions separate from that region.
In this paper, an iterative learning control method is applied to suppress the vibration of a 2-mass system which has a flexible coupling between a load an a motor. More specifically, conditions for the load speed without vibration are derived based on the steady-state condition. And the desired motor position trajectory is synthesized based on the relation between the load and motor speed. Finally, a PD-type learning iterative control law is applied for the desired motor position trajectory. Since the learning law applied for the desired trajectory guarantees the perfect tracking performance, the resulting load speed shows no vibration. In order to handle the initial position error, the PD-type learning law is changed to PID-type and a weight function is added to suppress the residual vibration caused by the initial error. The simulation results show the effectiveness of the proposed learning method.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.5
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pp.203-209
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2022
A simplified method for earthquake response analysis of a rectangular liquid storage tank is proposed with fluid-structure interaction considered. In order to simplify the complex three-dimensional structural behavior of a rectangular liquid storage tank, it is assumed that structural deformation does not occur in the plane parallel to the direction in which the earthquake ground motion is applied but in the plane perpendicular to the direction. The structural deformation is approximated by combining the natural modes of the simple beam and the cantilever beam. The hydrodynamic pressure, the structure's mass and stiffness, and the hydrodynamic pressure's added mass are derived by applying the Rayleigh-Ritz method. The natural frequency, structural deformation, pressure, effective mode mass, and effective mode height of the rectangular liquid storage tank are obtained. The structural displacement, hydrodynamic pressure, base shear, and overturning moment are calculated. The seismic response analysis of an example rectangular liquid storage tank is performed using the proposed simplified approach, and its accuracy is verified by comparing the results with the reference solution by the finite element method. Existing seismic design codes based on the hydrodynamic pressure in rigid liquid storage tanks are observed to produce results with significant errors that cannot be ignored.
An approximate analytical method has been developed for estimating hydrodynamic forces acting on oscillating inner cylinder in concentric annulus. When the rigid inner cylinder executes translational oscillation, fluid inertia and damping forces on the oscillating cylinder are generated by unsteady pressure and viscous skin friction. Considering the dynamic-characteristics of unsteady viscous flow and the added mass coefficient of inviscid fluid, these hydrodynamic forces including viscous effect are dramatically simplified and expressed in terms of oscillatory Reynolds number and the geometry of annular configuration. Thus, the viscous effect on the forces can be estimated very easily compared to an existing theory. The forces are calculated by two models developed for relatively high and low oscillatory Reynolds numbers. The model for low oscillatory Reynolds number is suitable for relatively high ratio of the penetration depth to annular space while the model for high oscillatory Reynolds number is applicable to the case of relatively low ratio. It is found that the transient ratio between two models is approximately 0.2~0.25 and the forcea are expressed in terms of oscillatory Reynolds number, explicity. The present results show good agreements with an existing numerical results, especially for high and low penetration ratios to annular gap.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.257-266
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1999
This paper presents a method of seismic analysis for a cylindrical liquid storage structure on/in horizontally layered half.space considering the effects of the interior fluid and exterior soil medium in the frequency domain. To capture the essence of fluid-structure-soil interaction effects effectively, a mixed finite element with two-field (u, p) approximation is employed to model the compressive inviscid fluid, while the structure and soil medium are presented by the 3-D axisymmetric finite elements and dynamic infinite elements. The present FE-based method can be applied to the system with complex geometry of fluid region as well as with inhomogeneous near-field soil medium, since it can directly model both the fluid and the soil. For the purpose of verification, dominant peak frequencies in transfer functions for horizontal motions of cylindrical fluid storage tanks with rigid massless foundation on a homogeneous viscoelastic half.space are compared with those by two different added mass approaches for the fluid motion. The comparison indicates that the Present FE-based methodology gives accurate solution for the fluid-structure-soil interaction problem. Finally, as a demonstration of versatility of the present study, a seismic analysis for a real-scale LNG storage tank embedded in layered half.space is carried out, and its member forces along the height of the structure are compared with those by an added mass approach developed by the present writers.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.24
no.2
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pp.47-54
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1987
Linear and nonlinear hydrodynamic force, which acts on submerged circular and eilliptic cylinders in oscillations as well as in advancing motion, are investigated as an initial-boundary value problem using a numerical method, which makes use of the source distribution on the body surface and the spectral method for treating the free surface waves. In the numerical code developed here, the boundary condition at the body surface is linearized. Using the numerical code so attained, nonlinear effects for different forward speeds and of the large-amplitude motion are computed. One of the major findings is that, when the forward speed is large, the added mass has its minimum and the damping force change rapidly around the frequency corresponding to the speed-frequency parameter, $\tau$=0.25, Compared to the result of Grue's [10], who used linear theory to get abrupt changes in values of the added mass and the damping force at the frequency corresponding to $\tau$=0.25, the present study, which takes nonlinear effects into account, shows much smoother variations near the frequency.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.10a
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pp.229-230
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2012
The free flexural vibration of a cantilever plate partially submerged in a fluid is investigated. The fluid is assumed to be inviscid and irrotational. The virtual mass matrix is derived by solving the boundary-value problem related to the fluid motion using elliptical coordinates. The introduction of the elliptical coordinates naturally leads to the use of the Mathieu function. Hence, the virtual mass matrix which reflects the effect of the fluid on the natural vibration characteristics is expressed in analytical form in terms of the Mathieu functions. The virtual mass matrix is then combined with the dynamic model of a thin rectangular plate obtained by using the Rayleigh-Ritz method. This combination is used to analyze the natural vibration characteristics of a partially submerged cantilever plate qualitatively. Also, the non-dimensionalized added virtual mass incremental factors for a partially submerged cantilever plate are presented to facilitate the easy estimation of natural frequencies of a partially submerged cantilever plate. The numerical results validate the proposed approach.
Nam, Bo Woo;Kim, Yonghwan;Yang, Kyung Kyu;Hong, Sa Young;Sung, Hong Gun
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.26
no.6
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pp.7-13
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2012
This paper presents a numerical study of the wave loads acting on offshore structures using a Cartesian-grid-based flow simulation method. Finite volume discretization with a volume-of-fluid (VOF) method is adopted to solve two-phase Navier-Stokes equations. Among the many variations of the VOF method, the CICSAM scheme is applied. The body boundary conditions are satisfied using a porosity function, and wave generation is carried out by using transient (wave or damping) zone approaches. In order to validate the present numerical method, three different basic offshore structures, including a sphere, Pinkster barge, and Wigley model, are numerically investigated. First, diffraction and radiation problems are solved using the present numerical method. The wave exciting and drift forces from the diffraction problems are compared with potential-based solutions. The added mass and wave damping forces from the radiation problems are also compared with the potential results. Next, the wave-induced motion responses of the structures are calculated and compared with the existing experimental data. The comparison results are fairly good, showing the validity of the present numerical method.
Lee Yun-Sok;Kim Chol-Seong;Kong Gil-Young;Lee Sang-Min
Proceedings of KOSOMES biannual meeting
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2004.05b
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pp.107-112
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2004
In order to improve the safety r! ship berthing and the efficiency r! berth operation in the harbour, the berthing energy acting on a ship in berthing maneuver need to be estimated properly. The berthing energy is used as one q the criteria to determine the maximum permissible load of fender as well as important factors to establish the berthing speed and the required power r! tug-beat for pilot and ship operator. In this study, some problems r! present the method of berthing energy are discussed on the basis of the hydrodynamic aspects. Then, series calculations of berthing energy are carried out considering the effect of water depth on added mass and the ship shape for container series from 1,600TEU to 12,000TEU.
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