This study is to develop the simplified formulae for added mass coefficient of a 2-D floating body with a semi-circle section in a finite water depth. The semi-circle floating body may represent a simplified midship section transformed by Lewis form, which can be used for the ship motion analysis by strip theory. Since the added mass coefficient varies with motion frequencies and sea bottom effect, the correction factor representing the effect of water depth and frequencies is developed for accurate prediction of added mass. Using a two-dimensional numerical wave tank (NWT) technique based on the boundary element method (BEM) including sea bottom boundary the reference values of added mass are calculated to develop the correction factor. For verification and effectiveness of the formulae, the predicted added mass coefficients for various frequencies and water depth ratios are compared with the calculated values from NWT technique.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.11
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pp.1538-1551
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1997
Kinetic energy conservation for fixed and moving grids is examined in time-accurate finite element computation of fully unsteady inviscid flows. As numerical algorithms, fractional step method (FSM) and modified SIMPLE are used. To simulate the flow in moving grid system, arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method is adopted. In the present study, the energy conserving time integration rule for finite element algorithm is proposed and discussed schematically. It is shown that the discretization by Crank-Nicolson in time and Galerkin (central difference) in space must be used to ensure energy conservation. The developed code has been tested for a standing vortex in fixed or moving grid system, sloshing in a tank and propagation of a solitary wave, and has been shown to be a completely energy conserving algorithm.
A design procedure for a ship with minimum total resistance has been developed using a numerical optimization method called SQP (Sequential Quadratic Programming) to search for optimized hull form and CFD(Computational Fluid Dynamics) technique. The friction resistance is estimated using the ITTC 1957 model-ship correlation line formula and the wave making resistance is evaluated using a potential-flow panel method based on Rankine sources with nonlinear free surface boundary conditions. The geometry of hull surface is represented and modified using B-spline surface patches during the optimization process. Using the Series 60 hull ($C_B$ =0.60) as a base hull, the optimization procedure is applied to obtain an optimal hull that produces the minimum total resistance for the given constraints. To verify the validity of the result, the original model and the optimized model obtained by the optimization process have been built and tested in a towing tank. It is shown that the optimal hull obtained around $13\%$ reduction in the total resistance and around $40\%$ reduction in the residual resistance at a speed tested compared with that of the original one, demonstrating that the present optimization tool can be effectively used for efficient hull form designs.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.28
no.3
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pp.132-145
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2016
In case of the seabed around and under gravity structures such as submerged breakwater is exposed to a large wave action long period, the excess pore pressure will be generated significantly due to pore volume change associated with rearrangement soil grains. This effect will lead a seabed liquefaction around and under structures as a result from decrease in the effective stress. Under the seabed liquefaction occurred and developed, the possibility of structure failure will be increased eventually. In this study, to evaluate the liquefaction potential on the seabed quantitatively, numerical analysis was conducted using the expanded 2-dimensional numerical wave tank model and the finite element elasto-plastic model. Under the condition of the regular wave field, the time and spatial series of the deformation of submerged breakwater, the pore water pressure (oscillatory and residual components) and pore water pressure ratio in the seabed were estimated.
The Journal of Korean Institute of Information Technology
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v.16
no.12
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pp.41-47
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2018
The buoy-enabled underwater surveillance system is a device that is installed in a particular sea area and operated for a certain period of tine and moved to another sea area after recovery. In this paper, a mooring method which is applied for a buoy-enabled underwater surveillance system was selected to maintain installation and enure stable operation. Also, the structure of the mooring line was designed. Two-point mooring method was selected considering interference with the communication cable of array-assembly. The composite structure of buoy chain, nylon rope, and anchor chain is designed as the basic component of mooring line. For the verification of design, a numerical simulation and wave tank experiment were performed. Their results were confirmed similarity in test condition. Finally, the mooring lines were designed for the environment of the sea trial location. The mooring line produced by the final design confirmed the stability above the significant wave height considered in the design on the sea trial.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.26
no.3
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pp.174-183
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2014
Seabed beneath and near coastal structures may undergo large excess pore water pressure composed of oscillatory and residual components in the case of long durations of high wave loading. This excess pore water pressure may reduce effective stress and, consequently, the seabed may liquefy. If liquefaction occurs in the seabed, the structure may sink, overturn, and eventually increase the failure potential. In this study, to evaluate the liquefaction potential on the seabed, numerical analysis was conducted using the expanded 2-dimensional numerical wave tank to account for an irregular wave field. In the condition of an irregular wave field, the dynamic wave pressure and water flow velocity acting on the seabed and the surface boundary of the composite breakwater structure were estimated. Simulation results were used as input data in a finite element computer program for elastoplastic seabed response. Simulations evaluated the time and spatial variations in excess pore water pressure, effective stress, and liquefaction potential in the seabed. Additionally, the deformation of the seabed and the displacement of the structure as a function of time were quantitatively evaluated. From the results of the analysis, the liquefaction potential at the seabed in front and rear of the composite breakwater was identified. Since the liquefied seabed particles have no resistance to force, scour potential could increase on the seabed. In addition, the strength decrease of the seabed due to the liquefaction can increase the structural motion and significantly influence the stability of the composite breakwater. Due to limitations of allowable paper length, the studied results were divided into two portions; (I) focusing on the dynamic response of structure, acceleration, deformation of seabed, and (II) focusing on the time variation in excess pore water pressure, liquefaction, effective stress path in the seabed. This paper corresponds to (II).
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.26
no.3
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pp.160-173
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2014
Seabed beneath and near coastal structures may undergo large excess pore water pressure composed of oscillatory and residual components in the case of long durations of high wave loading. This excess pore water pressure may reduce effective stress and, consequently, the seabed may liquefy. If liquefaction occurs in the seabed, the structure may sink, overturn, and eventually increase the failure potential. In this study, to evaluate the liquefaction potential on the seabed, numerical analysis was conducted using the expanded 2-dimensional numerical wave tank to account for an irregular wave field. In the condition of an irregular wave field, the dynamic wave pressure and water flow velocity acting on the seabed and the surface boundary of the composite breakwater structure were estimated. Simulation results were used as input data in a finite element computer program for elastoplastic seabed response. Simulations evaluated the time and spatial variations in excess pore water pressure, effective stress, and liquefaction potential in the seabed. Additionally, the deformation of the seabed and the displacement of the structure as a function of time were quantitatively evaluated. From the results of the analysis, the liquefaction potential at the seabed in front and rear of the composite breakwater was identified. Since the liquefied seabed particles have no resistance to force, scour potential could increase on the seabed. In addition, the strength decrease of the seabed due to the liquefaction can increase the structural motion and significantly influence the stability of the composite breakwater. Due to limitations of allowable paper length, the studied results were divided into two portions; (I) focusing on the dynamic response of structure, acceleration, deformation of seabed, and (II) focusing on the time variation in excess pore water pressure, liquefaction, effective stress path in the seabed. This paper corresponds to (I).
Park, Ae-Seon;Lee, Young-Gill;Kim, Doo-Dong;Yu, Jin-Won;Ha, Yoon-Jin;Jin, Song-Han
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.5
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pp.367-375
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2012
In this study, hull form of main vessel of Korean large purse seiner fishing industry is developed for the improvement of resistance performance as well as for the satisfaction to the Standard of Fishing Convention, ILO. Through the modification of reference hull form parameters and local characteristics, the hull form development is carried out. The optimum hull form parameters are searched by Sequential Quadratic Programing(SQP) method with the power estimation method of Holtrop & Mannen. To minimize the wave resistance, bulbous bow parameters are determined by the bulbous bow design method of Alvarino. The plasmatic curve is redesigned from that of the reference hull by using Lackenby method. The resistance performances of the reference and designed hull forms are estimated by using numerical simulation method. Also, the judgment of seakeeping ability and the estimation of intact stability for the designed hull form is carried out. As a result, the optimum hull form is proposed. To verify the improvement of resistance performance, model tests are carried out in towing tank. The results show that the resistance of the designed hull form is about 14% smaller than that of the reference hull from at design speed. A new hull form proposed in this study can contribute to the development of the main vessel hull form of Korean large purse seiner fishing system.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.29
no.6
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pp.399-409
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2017
This study numerically investigates the characteristics of the velocity field including the average flow velocity, longshore current and turbulent kinetic energy acting as the main external forces of the salient formed behind the permeable submerged breakwaters. Shoreline response is also predicted by the longshore-induced flux. In this paper, a three-dimensional numerical wave tank based on the OLAFOAM, CFD open source code, is utilized to simulate the velocity field around permeable submerged breakwaters under the formation condition of salient. The characteristics of the velocity field around permeable submerged breakwaters with respect to the gap width between breakwaters and the installing position away from the shoreline under a range of regular waves for different wave height are evaluated. The numerical results revealed that as the gap width between breakwaters increases, the longshore currents become stronger. Furthermore, as the gap width becomes narrower, the point where flow converges moves from the center of the breakwater to the head part. As a result, it is possible to understand the formation of the salient formed behind the submerged breakwaters. In addition, it was found that the longshore currents caused by the gap width between breakwaters and the installation position away from the shoreline are closely related to the turbulent kinetic energy.
In order to analyze the dynamic motions of fish cage systems made of a frame and a netting under the conditions of waves and current, the hydraulic model experiment at towing tank and the numerical computation using boundary integral element method based on linear potential theory were carried out on a square and a circular type of fish cage, The computed and measured results for the dynamic motions of model fish cage systems showed that the heave and pitch motions were almost unaffected by the inclusion of nets, while the surge motions were very reduced by drag force acting on them. In addition, irregular wave-induced motions of fish cages included non-negligible 2nd order harmonic components at high frequency nearly twice the wave frequency. The reason why these motions were considered was due to resonance or structural components of frames being overflown and out of water during a wave cycle. It was found that circular type was more desirable structure in the open sea than square one only in the respect of dynamic motions due to waves and current. Further verifications were needed considering hydrodynamic forces, fatigue life, and structure analysis based on long term stochastic waves including frequency and time domain for the purpose of analyzing and designing fish cage systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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