Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.4
s.148
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pp.414-421
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2006
Yacht is operated by wind-driven thrust on the saii, but also experiencing the side force. Thus the keel attached on the bottom of main hull prevents it from flowing sideway. Since the keel affects the stability and thrust of yacht, its selection is one of the most important factor in design. In the present paper the correlation between yacht hull and keel was investigated. through comparison of forces measured at various combinations of heeling and leeway angles with and without keel. Keel-only test was also performed to find out the drag and lift characteristics of keel itself. finally three different types of keel, i.e. fin keel, bulb keel and winglet keel were tested to compare their advantages and drawbacks.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.8
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pp.864-869
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2013
As the size of mechanical components decreases, capillary forces and surface tension become increasingly significant. A major problem in maintaining high reliability of these small components is that of large frictional forces due to capillary action and surface tension. Unlike the situation with macro-scale systems, liquid lubrication cannot be used to reduce friction of micro-scale components because of the excessive capillary and drag forces. In this work, the feasibility of using evaporation to coat a thin film of organic lubricant on a solid surface was investigated with the aim of reducing friction. Petroleum and silicone oils were used as lubricants to coat a silicon substrate. It was found that friction could be significantly reduced and, furthermore, that the effectiveness of this method was strongly dependent on the coating conditions.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.718-733
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2021
A prediction method, based on the Morison equation as well as Froude-Krylov formula, is presented to simulate the loads acting on the columns and caissons of the semi-submersible platform induced by Internal Solitary Wave (ISW) respectively. Combined with the experimental results, empirical formulas of the drag and inertia coefficients in Morison equation can be determined as a function of the Keulegan-Carpenter (KC) number, Reynolds number (Re) and upper layer depth h1/h respectively. The experimental and calculated results are compared. And a good agreement is observed, which proves that the present prediction method can be used for analyzing the ISW-forces on the semi-submersible platform. Moreover, the results also demonstrate the layer thickness ratio has a significant effect upon the maximum horizontal forces on the columns and caissons, but both minimum horizontal and vertical forces are scarcely affected. In addition, the incoming wave directions may also contribute greatly to the values of horizontal forces exerted on the caissons, which can be ignored in the vertical force analysis.
In order to analyze the response of the offshore structure numerically, the linear potential theory is generally applied for simplicity, and only the radiation damping is considered among various damping forces. Therefore, the results of a numerical simulation can be different from the motion of the structure in a real environment. To reduce the differences between the simulation results and experimental results, the viscous damping, which affects the motion of the structure, is also taken into account. The appropriate damping model is essential for the numerical simulation in order to obtain precise responses of the offshore structure. In this study, various damping models such as linear or quadratic damping and the nonlinear drag force from numerous slender bodies were used to simulate the free decay motion of the platform, and its characteristics were confirmed. The optimized damping model was found by comparing the simulation results to the experimental results. The hydrodynamic forces and wave exciting forces of the structure were obtained using WAMIT, and the free decay test was simulated using OrcaFlex. A free decay test of the scale model was performed by KRISO.
Rafizadeh, Hamidreza;Alaghmandan, Matin;Tabasi, Saba Fattahi;Banihashemi, Saeed
Wind and Structures
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v.34
no.5
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pp.407-419
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2022
Many factors should be considered by architects and designers for designing a tall building. Wind load is one of these important factors that govern the design of tall building structures and can become a serious challenge when buildings tend to be built very tall and slender. On the other hand, through the initial stages of a design process, choosing the design geometry greatly affects the wind-induced forces on a tall building. With this respect, geometric shapes with 3-fold rotational symmetry are one of the applied plan shapes in tall buildings. This study, therefore, aims to investigate the aerodynamic characteristics of 8 different geometrical shapes using Computational Fluid Dynamics (CFD) by measuring the drag and lift forces. A case study approach was conducted in which different building shape models have the same total gross area and the same height of 300 meters. The simulation was an incompressible transient flow that ran 1700 timesteps (85 seconds on the real-time scale). The results show a great difference between wind-induced force performance of buildings with different plan shapes. Generally, it is stated that the shapes with the same area, but with smaller perimeters, are better choices for reducing the drag force on buildings. Applying the lift force, the results show that the buildings with plan shapes that have rounded corners act better in crosswind flow while, those with sharp corners induce larger forces in the same direction. This study delivers more analytical understanding of building shapes and their behavior against the wind force through the parametric modelling.
Tall buildings are often subjected to steady and unsteady forces due to external wind flows. Measurement and mitigation of these forces becomes critical to structural design in engineering applications. Over the last few decades, many approaches such as modification of the external geometry of structures have been investigated to mitigate wind-induced load. One such proven geometric modification involved the rounding of sharp corners. In this work, we systematically analyze the impact of rounded corner radii on the reducing the flow-induced loading on a square cylinder. We perform 3-Dimensional (3D) simulations for high Reynolds number flows (Re=1 × 105) which are more likely to be encountered in practical applications. An Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES) method capable of capturing flow accurately at large Reynolds numbers is employed in this study. The IDDES formulation uses a k-ω Shear Stress Transport (SST) model for near-wall modelling that prevents mesh-induced separation of the boundary layer. The effects of these corner modifications are analyzed in terms of the resulting variations in the mean and fluctuating components of the aerodynamic forces compared to a square cylinder with no geometric changes. Plots of the angular distribution of the mean and fluctuating coefficient of pressure along the square cylinder's surface illustrate the effects of corner modifications on the different parts of the cylinder. The windward corner's separation angle was observed to decrease with an increase in radius, resulting in a narrower and longer recirculation region. Furthermore, with an increase in radius, a reduction in the fluctuating lift, mean drag, and fluctuating drag coefficients has been observed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.380-391
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2014
In this study, the scale effect on the performance of the podded propeller of tractor type is investigated. Turbulent flow computations are carried out for Reynolds numbers increasing progressively from model scale to full scale using the CFD analysis. The result of the flow calculation for model scale Reynolds numbers agrees well with that of the experiment of a large cavitation tunnel. The existing numerical analysis indicates that the performance of the podded propeller blades is mainly influenced by the advance coefficient and relatively little by the Reynolds number. However, the drag of pod housing with propeller in operation is different from that of pod housing without propeller due to the acceleration and swirl of propeller slipstream which is altered by propeller loading as well as the pressure recovery and friction according to Reynolds number, which suggests that the pod housing drag under the condition of propeller in operation is the key factor of the scale effect on the performance between model and full scale podded propellers. The so called 'drag ratio', which is the ratio of pod housing drag to total thrust of podded propeller, increases as the advance coefficient increases due to accelerated flow in the slipstream of the podded propeller. However, the increasing rate of the drag ratio reduces continuously as the Reynolds number increases from model to full scale progressively. The contribution of hydrodynamic forces, which acts on the parts composed of the pod housing with propeller operating in various loading conditions, to the thrust and the torque of the total propeller unit are presented for a range of Reynolds numbers from model to full scales.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.10
no.2
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pp.100-108
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1998
Morison formula has been used in the determination of wave forces acting on vertical cylindrical piles of ocean structures. The formula, however, can be applied to mildly varying varying incident waves with symmetrical shapes. The breaking waves impinge on structures with very high impact forces, which completely differ from the inertia and drag forces of the Morison formula in both magnitudes and characteristics. In the present study, a boundary element method is applied to determine the water particle velocity and acceleration under the breaking waves. A numerical model is then developed to determine breaking wave forces utilizing those water particle kinematics. The results of the model is then developed to determine breaking wave forces utilizing those water particle kinematics. The results of the model agree well with existing experimental data, giving maximal wave forces 3 times and maximal moments 5 times larger than the Morison formula does.
Lee, Seungbae;Jang, Sung-Wook;Chul H. Jo;Hong, Sung-Guen
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.15
no.4
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pp.500-509
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2001
Offshore subsea pipelines must be stable against external loadings, which are mostly due to waves and currents. To determine the stability of a subsea pipeline on the seabed, the Morrison equation has been applied with prediction of inertia and drag forces. When the pipeline is placed in a trench, the force acting on it is reduced considerably. Therefore, to consider the stability of a pipeline in a trench, one must employ reduction factors. To investigate the stability of various trenches, we numerically simulated flows over various trenches and compared them with experimental data from PIV (Particle Image Velocimetry) measurements. The present results were produced ar Reynolds numbers ranging from 6$\times$10$^3$to 3$\times$10(sub)5 based on the diameter of the cylinder. Quasi-periodic flow patterns computed by large-eddy simulation were compared with experimental data in terms of mean flow characteristics fro typical trench configurations (W/H=1 and H/D=3, 4). The stability for various trench conditions was addressed in terms of mean amplitudes of oscillating lift and drag, and the reduction factor for each case was suggested for pipeline design.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.05a
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pp.204-209
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2004
This paper describes dynamic manipulability analysis of robotic arms moving in viscous fluid. The Manipulability is a functionality of manipulator system in a given configuration and under the limits of joint ability with respect to the tasks required to bt performed. To investigate the manipulability of underwater robotic arms, a modeling and analysis method are presented. The dynamic equation of motion of underwater manipulator is derived from the Lagrange - Euler equation considering with the hydraulic forces caused by added mass, buoyancy and hydraulic drag. The hydraulic drag term in the equation: is established as analytical form using Denavit - Hartenberg (D-H) link coordination of manipulator. Two analytical approaches based on Manipulability Ellipsoid are presented to visualize the manipulability of robotic arm moving in viscous fluid. The one is scaled ellipsoid which transforms the boundary of joint torque to acceleration boundary of end-effector by normalizing the torque in joint space while the other is shifted ellipsoid which depicts total acceleration boundary of end-effector by shifting the ellipsoid in work space. An analysis example of 2-link manipulator with proposed analysis scheme is presented to validate the method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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