Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.2
s.140
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pp.124-128
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2005
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.
In the present investigation, the nonlinear dynamic buckling of a curved plate subjected to sinusoidal loading is examined. By the theoretical analyses, a highly nonlinear snap-through motion of a clamped-free-clamped-free plate and its effect on the overall vibration response are investigated. The problem is reduced to that of a single degree of freedom system with the Rayleigh-Ritz procedure. The resulting nonlinear governing equation is solved using Runge-Kutta (RK-4) numerical integration method. The snap-through boundaries, which vary with different damping coefficient and linear circular frequency of the flat plate are studied and given in terms of force and displacement. The relationships between static and dynamic responses at the start of a snap-through motion are also predicted. The analysis brings out various characteristic features of the phenomenon, i.e. 1) small oscillation about the buckled position-softening spring type motion, 2) chaotic motion of intermittent snap-through, and 3) large oscillation of continuous snap-through motion crossing the two buckled positions-hardening spring type. The responses of buckled plate were found to be greatly affected by the snap-through motion. Therefore, better understanding of the snap-through motion is needed to predict the full dynamic response of a curved plate.
This article investigates kinematic characteristics of a Sch$\ddot{o}$nflies motion generator which represents a mechanism having translational three Degree-of-Freedom (DOF) and rotational one-DOF motion about a fixed axis. The mechanism consists of the base plate and the moving plate, and four identical limbs connecting them. Each limb employs two revolute joints (RR), one parallelogram (Pa), and two revolute joints (RR) from the base plate to the moving plate. The mechanism is driven by four actuators which are placed on the base plate to minimize dynamic loads. It is shown through simulations that the mechanism can be designed to secure large dexterous workspace and thus has very high potential for actual applications such as haptic devices and high-speed requiring tasks such as pick-and-place operations, riveting, screwing tasks, etc.
Plate tectonics, with the continental drift theory and later strongly supported by the sea-floor spreading theory with evidence of paleo-geomagnetic fields, ocean floor sediments, successfully explained the slow but continuous movements of rigid lithospheres in geological time. Initially, plate motions were described as relative movements between adjacent plates, mainly based on paleo-geomagnetic reversal data. The advent of space geodetic techniques in the 1980s enabled direct measurements of plate velocities and assessment of deformations within certain regions. In this review, early relative plate motion models are briefly summarized, the no-net-rotation frame theory and corresponding models are explained, and the characteristics of the most recent models that incorporate intraplate deformation are described. Additionally, the plate motion section of the International Terrestrial Reference Frame is introduced, and a few recent case studies of local plate motion are briefly described; for example, in South America, Europe, Antarctica, and Turkey. Finally, studies of plate motion in northeastern Asia focusing on the Korean Peninsula are introduced.
Motion reduction of an offshore structure at resonant frequency is essential for avoiding critical damage to the topside and mooring system. A damping plate has a distinct advantage in reducing the motion of a floating structure by increasing the added mass and the damping coefficient. In this study, the heave motion responses of a circular cylinder with an impermeable and a permeable damping plate attached at the bottom of the cylinder were investigated thru a model test. The viscous damping coefficients for various combinations of porosity were obtained from a free-decay test by determining the ratio between any pair of successive amplitudes. Maximum energy dissipation occurred at a porous plate with a porosity P = 0.1008. Experimental results for regular and irregular waves were compared with an analytical solution by Cho (2011). The measured heave RAO and spectrum reasonably followed the trends of the predicted values. A significant motion reduction at resonant frequency was pronounced and the heaving-motion energy calculated by the integration of the area under the heave motion spectrum was reduced by more than 75% by the damping plate. However, additional energy dissipation by eddies of strong vorticity and flow separation inside a porous damping plate was not found in the present experiments.
Undesirable flapping motion of discs can cause the failure of swing check valves in nuclear passive safety systems. Time-resolved particle image velocimetry (PIV) was employed to investigate the flow characteristics around a free-to-rotate plate and the motion response, with the Reynolds numbers, based on the hydraulic diameter of the channel, from 1.32 × 104 to 3.95 × 104. Appreciable flapping motion (±3.52°) appeared at the Reynolds number of 2.6 × 104 with the frequency of 5.08 Hz. In the low-Reynolds-number case, the plate showed negligible flapping. In the high-Reynolds-number case, the deflection angle increased with reduced flapping amplitude. The torque from the fluid determined the flapping amplitude. In the low-Reynolds-number case, Karman vortices were absent. With increasing Reynolds numbers, Karman vortices developed behind the plate with larger deflection angles. Strong interaction between the wake flow from the leading and trailing edge of the plate was observed. Based on power spectrum density (PSD) analysis, the vortex shedding frequency coincided with the flapping frequency, and the amplitude was positively correlated to the strength of the vortices. Proper orthogonal decomposition (POD) modes evince that, in the case of appreciable motion, coherent structures exhibited a larger spatial scale, enhancing the magnitude of the external torque on the plate.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.7
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pp.1201-1208
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2022
In general, to maximize the supply and efficiency of floating offshore wind power generation energy, the motion caused by wave attenuation of the substructure must be reduced. According to previous studies, the motion response was reduced due to the vortex viscosity generated by the damping plate installed in the lower structure among the waves. In this study, a 5 MW semi-submersible OC5 platform and two platforms with attenuation plates were designed, and free decay experiments and numerical calculations were performed to confirm the effect of reducing motion due to vortex viscosity. As a result of the model test, when the heave free decay tests were conducted at drop heights of 30 mm, 40 mm, and 50 mm, compared with the OC5 platform, the platform with two types of damping plates attached had relatively improved motion damping performance. In the model test and numerical calculation results, the damping plate models, KSNU Plate 1 and KSNU Plate 2, were 1.1 times and 1.3 times lower than OC5, respectively, and the KSNU Plate 2 platform showed about two times better damping performance than OC5. This study shows that the area of the damping plate and the vortex viscosity are closely related to the damping rate of the heave motion.
Dynamic stability of an oscillating cantilever plate is investigated in this paper. The equations of motion include harmonically oscillating parameters which originate from the motion-induced stiffness variation. Using the multiple scale perturbation method is employed to obtain a stability diagram. The tability diagram shows that relatively large unstable regions exist when the frequency of oscillation is near twice the frequencies of the 1st torsion natural mode and the 1st chordwide bending mode.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.828-834
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2019
Researchers have previously proven that the flapping motion of the hydrofoil can convert wave energy into propulsive energy. However, the estimation of thrust forces generated by the flapping foil placed in waves remains a challenging task for ocean engineers owing to the complex dynamics and uncertainties involved. In this study, the flapping foil system consists of a rigid NACA0015 section undergoing harmonic flapping motion and a passively actuated elastic flat plate attached to the leading edge of the rigid foil. We have experimentally measured the thrust force generated due to the flapping motion of a rigid foil attached to an elastic plate in a wave flume, and the effects of the elastic plates have been discussed in detail. Furthermore, an empirical formula was introduced to predict the thrust force of a flapping foil based on our experimental results using multiple regression analysis.
Surface and interfacial waves in two superposed horizontal inviscid fluids of finite depths are studied. The flow is induced by translating a vertical rigid plate with a prescribed velocity. Analytical solutions that accurately predict the motion of the free surface and the interface are obtained by using a small-Froude-number approximation. Three different velocities of the plate are considered, while flows induced by any arbitrary motion of the plate can be easily analyzed by a linear superposition of the solutions obtained. It is shown that pinching of the upper layer can occur for a sufficiently thin upper layer, which leads to its rupture into small segments. Other interesting phenomena, such as primary and secondary wiggles generated on the interface near the wavemaker, are discussed.
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