본 연구에서는 다양한 감쇠판을 원통형 부유체에 부착하고 수치 시뮬레이션을 통해 원통형 부유체의 heave RAO 및 고유주기의 변화를 고찰하였다. 먼저 감쇠판을 부착하지 않은 원통형 부유체의 heave RAO 및 고유주기를 파악하였고, 원통형 부유체에 부착한 감쇠판의 크기와 형상을 바꿔가며 각 경우에 대한 heave RAO 및 고유주기를 평가하였다. 수치 시뮬레이션 결과, 감쇠판의 모든 면적에 대해서 감쇠판을 부착한 원통형 부유체의 고유주기는 증가하였고, 감쇠판의 크기가 1.30D부터 입사파의 피크주기에서 heave RAO는 감소하였다. 감쇠판의 모든 면적에 대해서 원형 감쇠판이 Y자형 감쇠판보다 고유주기가 길게 나타나며, 고유주기의 차이는 감쇠판의 면적이 커질수록 그 차이가 커졌다. 운동응답 스펙트럼 계산 결과, 원형 감쇠판과 Y자형 감쇠판을 부착한 원통형 부유체의 heave 운동이 입사파의 피크주기에서 현저하게 감소하였다. 또한 원형 감쇠판을 부착한 원통형 부유체의 고유주기가 Y형 감쇠판을 부착한 경우보다 입사파의 피크 주기에서 더 멀리 이동하였다.
This paper treats the development of a new type of deep draught semisubmersible offshore structural shape that has excellent heave motion response and less down-time. This new type of semisubmersible shape is characterized by heave dampers at each pontoon corner and appropriate column size adjustment to achieve the desired cancellation and resonance motion period. It was found that the final model had efficient workability, based on the wavescatter diagrams for the GoM and North Atlantic ocean, due to less heave motion, although the specific heave response at the 100 year return period wave condition in the North Atlantic was more or less increased.
In this study, a numerical analysis of offshore installation using a floating crane with heave compensator is carried out in time domain. The motion analysis of crane vessels is based on floating body dynamics using convolution integral and the crane wire is treated as simple spring. The lifted structure is assumed as a rigid body with 3 degree-of-freedom translational motion. The heave compensator is numerically modelled by the generalized spring-damper system. Firstly, forced motion simulations of crane wire system are carried out to figure out the basic principle of heave compensator. The transfer function of crane wire system is obtained and effective wave period of heave compensator are found. Then, coupled analysis of crane vessel, crane wire, and lifted structure are performed in regular and irregular sea conditions. Two different crane vessels and two lifted structures (suction pile and manifold) are considered in this study. Through a series of numerical calculations, the effective zone of heave compensator is investigated with respect to wave period and crane wire length.
Heave compensation is a vital part of various marine and offshore operations. It is used in various applications, including the transfer of cargo between two vessels in the open ocean, installation of topsides of an offshore structure, offshore drilling and for surveillance, reconnaissance and monitoring. These applications typically involve a load suspended from a hydraulically powered winch that is connected to a vessel that is undergoing dynamic motion in the ocean environment. The goal in these applications is to design a winch controller to keep the load at a regulated height by rejecting the net heave motion of the winch arising from ship motions at sea. In this study, we analyze and compare the performance of various control algorithms in stabilizing a suspended load while the vessel is subjected to changing sea conditions. The KCS container ship is chosen as the vessel undergoing dynamic motion in the ocean. The negative of the net heave motion at the winch is provided as a reference signal to track. Various control strategies like Proportional-Derivative (PD) Control, Model Predictive Control (MPC), Linear Quadratic Integral Control (LQI), and Sliding Mode Control (SMC) are implemented and tuned for effective heave compensation. The performance of the controllers is compared with respect to heave compensation, disturbance rejection and noise attenuation.
In this paper, the resonance response of spar-type floating platform in coupled heave and pitch motion is investigated using a CPU time-effective numerical method. A coupled nonlinear 2-DOF equation of motion is derived based on the potential wave theory and the rigid-body hydrodynamics. The transient responses are solved by the fourth-order Runge-Kutta (RK4) method and transformed to the frequency responses by the digital Fourier transform (DFT), and the first-order approximation of heave response is analytically derived. Through the numerical experiments, the theoretical derivation and the numerical formulation are verified from the comparison with the commercial software AQWA. And, the frequencies of resonance arising from the nonlinear coupling between heave and pitch motions are investigated and justified from the comparison with the analytically derived first-order approximation of heave response.
This paper describes motion stability of a spar platform with and without a damping plate in regular waves. The heave and pitch motion equation is derived in terms of Mathieu equation and the stability diagram is obtained. It is shown that the spar platform with damping plate has smaller unstable region than that without damping plate in the stability diagram. Model tests are carried out to verify the mathematical analysis. Under the condition that the pitch natural period is approximately double the heave natural period and the heave motion is amplified at heave resonance, unstable pitch motions are evoked. However the unstable motion is stabilized in cases of spar platform with damping plate. Therefore the damping plate is an effective device to stabilize the motion of spar platform.
The motion response of floating structures should be adequately low to permit the operation of rigid risers along with dry well heads. Though Spar platforms have low heave responses under lower sea state, could become unacceptable in near resonance region of wave periods. Hence the hydrodynamic response, heave in particular, must be examined to ensure that it is minimized. To reduce heave motions, external damping devices are introduced and one such effective damping device is heave plate. Addition of heave plate can provide additional viscous damping and additional added mass in the heave direction which influence the heave motion. The present study focuses on the influence of heave plate on the hydrodynamic responses of Classic Spar in regular waves. The experimental investigation has been carried out on a 1:100 scale model of Spar with single and double heave plates in regular waves. Numerical investigation has been carried out to derive the hydrodynamic responses using ANSYS AQWA. The experimental results were compared with those obtained from numerical simulation and found to be in good agreement. The influence of disk diameter ratio, wave steepness, pretension in the mooring line and relative spacing between the plates on the hydrodynamic responses of Spar are evaluated and presented.
Heave plates have been widely used to enhance viscous damping and thus reduces the heave response of Spar platforms. Single heave plate attached to the keel of the Spar has been reported in literature (Tao and Cai 2004). The effect of double heave plates on hydrodynamic response in random waves has been investigated in this study. The influence of relative spacing $L_d/D_d$ ($D_d$-the diameter of the heave plate) on the hydrodynamic response in random waves has been simulated in wave basin experiments and numerical model. The experimental investigation has been carried out using 1:100 scale model of Spar with double heave plates in random waves for different relative spacing and varying wave period. The influence of relative spacing between the heave plates on the motion responses of Spar are evaluated and presented. Numerical investigation has been carried out to investigate effect of relative spacing on hydrodynamic characteristics such as heave added mass and hydrodynamic responses. The measured results were compared with those obtained from numerical simulation and found to be in good agreement. Experimental and numerical simulation shows that the damping coefficient and added mass does not increase for relative spacing of 0.4 and the effect greater than relative spacing on significant heave response is insignificant.
This study focused on the roll motion characteristics of a two-dimensional (2D) rectangular floating structure under regular beam sea conditions. An experiment was conducted in a 2D wave tank for a roll free decay test in calm water and the roll motion in a range of regular waves with and without heave motion to investigate the motion response and heave influence on the roll motion. A numerical study was carried out using Reynolds-averaged Navier Stokes (RANS)-based CFD simulations. A grid convergence test was conducted to accurately capture the wave condition on the free surface based on the overset mesh and wave forcing method. It was found in the roll free decay test that the numerical results agreed well with the experimental results for the natural roll period and roll damping coefficient. It was also observed that the heave motion had an impact on the roll motion, and the responses of the heave and roll motion from the CFD simulations were in reasonable agreement with those from the experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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