Mai, Thi Loan;Nguyen, Tien Thua;Jeon, Myungjun;Yoon, Hyeon Kyu
Journal of Navigation and Port Research
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v.44
no.2
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pp.53-64
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2020
This paper discusses the hydrodynamic characteristics of a catamaran at low speed. In this study, the Delft 372 catamaran model was selected as the target hull to analyze the hydrodynamic characteristics by using the RANS (Reynold-Averaged Navier-Stokes) numerical method. First, the turbulence study and mesh independent study were conducted to select the appropriate method for numerical calculation. The numerical method for the CFD (Computational Fluid Dynamic) calculation was verified by comparing the hydrodynamic force with that obtained experimentally at high speed condition and it rendered a good agreement. Second, the virtual captive model test for a catamaran at low speed was conducted using the verified method. The drift test with drift angle 0-180 degrees was performed and the resulting hydrodynamic forces were compared with the trends of other ship types. Also, the pure rotating test and yaw rotating test proposed by Takashina, (1986) were conducted. The Fourier coefficients obtained from the measured hydrodynamic force were compared with those of other ship types. Conversely, pure sway test and pure yaw test also were simulated to obtain added mass coefficients. By analyzing these results, the hydrodynamic coefficients of the catamaran at low speed were estimated. Finally, the maneuvering simulation in low speed conditions was performed by using the estimated hydrodynamic coefficients.
In response to the complexity and time demands of conventional methods for estimating the hydrodynamic coefficients, this study aims to revolutionize ship maneuvering analysis by utilizing automatic identification system (AIS) data and the Support Vector Regression (SVR) algorithm. The AIS data were collected and processed to remove outliers and impute missing values. The rate of turn (ROT), speed over ground (SOG), course over ground (COG) and heading (HDG) in AIS data were used to calculate the rudder angle and ship velocity components, which were then used as training data for a regression model. The accuracy and efficiency of the algorithm were validated by comparing SVR-based estimated hydrodynamic coefficients and the original hydrodynamic coefficients of the Mariner class vessel. The validated SVR algorithm was then applied to estimate the hydrodynamic coefficients for real ships using AIS data. The turning circle test wassimulated from calculated hydrodynamic coefficients and compared with the AIS data. The research results demonstrate the effectiveness of the SVR model in accurately estimating the hydrodynamic coefficients from the AIS data. In conclusion, this study proposes the viability of employing SVR model and AIS data for accurately estimating the hydrodynamic coefficients. It offers a practical approach to ship maneuvering prediction and control in the maritime industry.
The mathematical model used in the simulation of ship's maneuvering contains the hydrodynamic coefficients, which are usually evaluated based on PMM model tests in the towing tank and used to predict ship's maneuvering performance when applied to the proto-type ship. The proper mathematical model has to be developed to predict ship's maneuvering motions with hydrodynamic coefficients very well. The mathematical model for PMM model tests is analyzed with identification program and the hydrodynamic coefficients and maneuvering motions by system identification we compared with those obtained directly from PMM model tests and sea trial. The mathematical model for PMM model tests was established and the magnitudes of ship's maneuvering coefficients were determined. When the identified values of coefficients were used to simulate the maneuvers, a very good agreement was obtained between the numerically simulated motion responses and those obtained from PMM model tests.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.27
no.3
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pp.63-71
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1990
The hydrodynamic model parameters for the submicron GaAs simulation are calculated using the Monte Carlo method. $\Gamma$, L-, and X-valleys are included in the conduction band of GaAs, and polar optic phonon, acoustic phonon, equivalent intervalley, non-equivalent intervalley, ionized impurity, and piezoelectric scattering are taken into account. The velocity-electric field strength curve obtained in this paper is in good agreement with experimental one. We present the results in tabular form so that other participants can make use of them to simulate the submicron GaAs devices by the hydrodynamic model.
Vo, Anh Khoa;Mai, Thi Loan;Jeon, Myungjun;Yoon, Hyeon Kyu
Journal of Navigation and Port Research
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v.46
no.2
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pp.82-91
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2022
When a ship moves in the proximity of the lateral bank, bank suction forces are generated due to bank effects. Thus, hydrodynamic forces can significantly impact the ship's maneuverability and navigation safety. In this study, model tests were performed to investigate the hydrodynamic forces exerted on a ship, especially suction forces caused by bank effects, using captive model and bank effect tests. A low-speed condition was selected in this study, because of the perilous situation as the ship moves close to the bank. The accuracy of the hydrodynamic forces exerted on the hull was verified, by comparing the results of the static drift test with the results obtained from other institutes at design speed. The straight simulation caused by bank effects was then implemented using estimated hydrodynamic coefficients.
In this study, a hybrid floating structure with cylinder was introduced to reduce the hydrodynamic motions of the pontoon type. The hybrid floating structure is composed of cylinders and semi-opened side sections to penetrate the wave impact energy. In order to exactly investigate the hydrodynamic motions and structural behavior of the hybrid floating structure under the wave loadings, integrated analysis of hydrodynamic and structural behavior were carried out on the hybrid floating structure. Firstly, the hydrodynamic analyses were performed on the hybrid and pontoon models. Then, the wave-induced hydrodynamic pressures resulting from hydrodynamic analysis were directly mapped to the structural analysis model. And, finally, the structural analyses were carried out on the hybrid and pontoon models. As a result of this study, it was learned that the hybrid model of this study was showed to have more favorable hydrodynamic motions than the pontoon model. The surge motion was indicated even smaller motion at all over wave periods from 4.0 to 10.0 sec, and the heave and pitch motions indicated smaller motions beyond its wave period of 6.5 sec. However, the hybrid model was shown more unfavorable structural behavior than the pontoon model. High concentrated stress occurred at the bottom slab of the bow and stern part where the cylinder wall was connected to the bottom slab. Also, the hybrid model behaved with the elastic body motion due to weak stiffness of floating body and caused a large stress variation at the pure slab section between the cylinder walls. Hence, in order to overcome these problems, some alternatives which could be easily obtained from the simple modification of structural details were proposed.
Mai, Thi Loan;Vo, Anh Khoa;Jeon, Myungjun;Yoon, Hyeon Kyu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.36
no.3
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pp.143-152
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2022
To reach a port, a ship must pass through a shallow water zone where seabed effects alter the hydrodynamics acting on the ship. This study examined the maneuvering characteristics of an autonomous surface ship at 3-DOF (Degree of freedom) motion in deep water and shallow water based on the in-port speed of 1.54 m/s. The CFD (Computational fluid dynamics) method was used as a specialized tool in naval hydrodynamics based on the RANS (Reynolds-averaged Navier-Stoke) solver for maneuvering prediction. A virtual captive model test in CFD with various constrained motions, such as static drift, circular motion, and combined circular motion with drift, was performed to determine the hydrodynamic forces and moments of the ship. In addition, a model test was performed in a square tank for a static drift test in deep water to verify the accuracy of the CFD method by comparing the hydrodynamic forces and moments. The results showed changes in hydrodynamic forces and moments in deep and shallow water, with the latter increasing dramatically in very shallow water. The velocity fields demonstrated an increasing change in velocity as water became shallower. The least-squares method was applied to obtain the hydrodynamic coefficients by distinguishing a linear and non-linear model of the hydrodynamic force models. The course stability, maneuverability, and collision avoidance ability were evaluated from the estimated hydrodynamic coefficients. The hydrodynamic characteristics showed that the course stability improved in extremely shallow water. The maneuverability was satisfied with IMO (2002) except for extremely shallow water, and collision avoidance ability was a good performance in deep and shallow water.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.1
s.145
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pp.50-58
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2006
Free running model tests gives us only maneuvering indices not hydrodynamic derivatives. For this reason, system identification method has been applied to the measured data to identify mathematical model describing hydrodynamic force. However It is difficult to obtain complete set of maneuvering derivatives because of strong correlation of sway velocity and yaw rate. Therefore, in this paper, we assumed that sway velocity related coefficients would be obtained by oblique towing test. and then proposed new procedure to estimate yaw related coefficients. To do this, correlation and regression analyses were carried out to establish modified model and estimate maneuvering derivatives. Also D-optimal rudder input scenario was found based on the modified model and confirmed the validity of its sufficient richness as a input scenario.
Huang, Hai;Zhou, Zexing;Li, Hongwei;Zhou, Hao;Xu, Yang
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.1-10
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2020
This paper investigates the influence of the Circulating Water Channel (CWC) side wall and support struts on the hydrodynamic coefficient prediction for Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) experiments. Computational Fluid Dynamics (CFD) method has been used to model the CWC tests. The hydrodynamic coefficients estimated by CFD are compared with the prediction of experiments to verify the accuracy of simulations. In order to study the effect of side wall on the hydrodynamic characteristics of the AUV in full scale captive model tests, this paper uses the CWC non-dimensional width parameters to quantify the correlation between the CWC width and hydrodynamic coefficients of the chosen model. The result shows that the hydrodynamic coefficients tend to be constant with the CWC width parameters increasing. Moreover, the side wall has a greater effect than the struts.
We present a high-order potential flow model for the motion of hydrodynamic unstable interfaces in cylindrical geometry. The asymptotic solutions of the bubbles in the gravity-induced instability and the shock-induced instability are obtained from the high-order model. We show that the model gives significant high-order corrections for the solution of the bubble.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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