International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.364-379
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2019
Wave-induced ship motion and load responses are usually investigated on the assumption that the incident waves are long-crested. The realistic sea waves are however short-crested irregular waves. Real practice reveals that the ship motion and load responses induced by short-crested waves are different from those induced by long-crested waves. This paper aims to conduct a comprehensive study on ship motions and loads in different wave fields. For this purpose, comparative studies by small-scale model towing tank test and large-scale model sea trial are conducted to experimentally identify the difference between ship motions and loads in long-crested and short-crested irregular waves. Moreover, the influences of directional spreading function of short-crested waves on ship motions and loads are analyzed by numerical seakeeping calculation. The results and conclusions obtained from this study are of great significance for the further extrapolation and estimation of ship motions and loads in short-crested waves based on long-crested wave response results.
This paper provides a practical stochastic method by which the burial and scour depths of truncated cones exposed to long-crested (2D) and short-crested (3D) nonlinear random waves can be derived. The approach is based on assuming the waves to be a stationary narrow-band random process, adopting the Forristall (2000) wave crest height distribution representing both 2D and 3D nonlinear random waves. Moreover, the formulas for the burial and the scour depths for regular waves presented by Catano-Lopera et al. (2011) for truncated cones are used. An example of calculation is also presented.
This paper provides a practical stochastic method by which the maximum equilibrium scour depth around spherical bodies exposed to long-crested (2D) and short-crested (3D) nonlinear random waves can be derived. The approach is based on assuming the waves to be a stationary narrow-band random process, adopting the Forristall (2000) wave crest height distribution representing both 2D and 3D nonlinear random waves, and using the regular wave formulas for scour and self-burial depths by Truelsen et al. (2005). An example calculation is provided.
The paper described the nonlinear dynamic motion behavior of a barge equipped with the portable outboard Dynamic Positioning(DP) control system in short-crested waves. The DP system based on the fuzzy theory is applied to control the thrusters to optimally adjust the ship position and heading in waves. In addition to the short-crested waves, the current, wind and nonlinear drifting force are also included in the calculations. The time domain simulations for the six degrees of freedom motions of the barge with the DP system are solved by the $4^{th}$ order Runge-Kutta method. The results show that the position and heading deviations are limited within acceptable ranges based on the present control method. When the dynamic positioning missions are needed, the technique of the alternative portable DP system developed here can serve as a practical tool to assist those ships without equipping with the DP facility.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.6
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pp.867-873
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2011
The transportation of a truss-spar hull from a transport barge of 6000 ton topside module on the spar hull is investigated in the present study. Two possible routes from a fabrication yard in Teeside, England to the Gulf of Mexico are considered in the paper. The results of motion responses of the transport barge obtained from a spectral analysis and the limiting criteria of sea fastening, deck wetness and lateral acceleration are compared and the route selection is discussed. Long-crested waves and short-crested seas as well as the joint probabilities of significant wave heights and wave periods in different sea areas are considered. Generally speaking, the results for long-crested seas are higher than those for short-crested waves.
Responses of marine vehicles and ocean structures in a seaway can be predicted by applying the probabilistic approach. When we consider a linear system, the responses in a random seaway can be evaluated through spectral analysis in the frequency domain. But when we treat nonlinear system in irregular waves, it is necessary to get time history of waves. In the previous study we introduced one-directional waves (long crested waves)as wave environment and carried out calculations and experiments in the waves. But the real sea in which marine vehicles and structures are operated has multi-directional waves (short crested waves). It is important to get a simulated random sea and analyse dynamic problems in the sea. We need entire sample function or probabillty density function to infer statistical value of random process. However if the process are ergodic process, we can get statistical values by analysis of one sample function. In this paper, we developed the simulation technique of multi-directional waves and proved that the time history given by this method keep ergodic characteristics by the statistical analysis.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.6
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pp.409-422
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2019
In this study, we carried out the 3D numerical simulation to investigate the hydraulic characteristics of Synchronous Edge wave known as the driving mechanism of beach cusp using the Tool Box called the ihFoam that has its roots on the OpenFoam. As a wave driver, RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes equation) and mass conservation equation are used. In doing so, we materialized short-crested waves known as the prerequisite for the formation of Synchronous Edge waves by generating two obliquely colliding Cnoidal waves. Numerical results show that as can be expected, flow velocity along the cross section where waves are focused are simulated to be much faster than the one along the cross section where waves are diverged. It is also shown that along the cross section where waves are focused, up-rush is moving much faster than its associated back-wash, but a duration period of up-rush is shortened, which complies the typical characteristics of nonlinear waves. On the other hand, due to the water-merging effect triggered by the redirected flow toward wave-diverging area at the pinacle of run-up, along the cross section where waves are diverged, offshore-ward velocity is larger than shore-ward velocity at the vicinity of shore-line, while at the very middle of shoaling process, the asymmetry of flow velocity leaned toward the shore is noticeably weakened. Considering that these flow characteristics can be found without exception in Synchronous Edge waves, the numerical simulation can be regarded to be successfully implemented. In doing so, new insight about how the boundary layer streaming occur are also developed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.1
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pp.70-86
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2015
Short crested waves play an important role for planning and design of harbours. In this context a numerical simulation is carried out to evaluate wave tranquility inside a real harbour located in east coast of India. The annual offshore wave climate proximity to harbour site is established using Wave Model (WAM) hindcast wave data. The deep water waves are transformed to harbour front using a Near Shore spectral Wave model (NSW). A directional analysis is carried out to determine the probable incident wave directions towards the harbour. Most critical threshold wave height and wave period is chosen for normal operating conditions using exceedence probability analysis. Irregular random waves from various directions are generated confirming to Pierson Moskowitz spectrum at 20m water depth. Wave incident into inner harbor through harbor entrance is performed using Boussinesq Wave model (BW). Wave disturbance experienced inside the harbour and at various berths are analysed. The paper discusses the progresses took place in short wave modeling and it demonstrates application of wave climate for the evaluation of harbor tranquility using various types of wave models.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.1
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pp.38-52
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2016
This paper describes the nonlinear dynamic motion behavior of a ship equipped with a portable dynamic positioning (DP) control system, under external forces. The waves, current, wind, and drifting forces were considered in the calculations. A self-tuning controller based on a neuro-fuzzy algorithm was used to control the rotation speed of the outboard thrusters for the optimal adjustment of the ship position and heading and for path tracking. Time-domain simulations for ship motion with six degrees of freedom with the DP system were performed using the fourth-order RungeeKutta method. The results showed that the path and heading deviations were within acceptable ranges for the control method used. The portable DP system is a practical alternative for ships lacking professional DP facilities.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.5
no.2
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pp.76-83
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1993
In this study, an approximate method for calculating the directional spectrum of waves encountering a current in shallow water is developed. The wave trains in tile directional spectrum are assumed to be linear and Gaussian; development of the spectrum requires that the waves also be short crested. The Miche's breaking criterion is imposed to determine the upper limit of wave height and to establish an expression for the breaking wave elevation in terms of the ideal wave's elevation and the second time derivative of wave elevation. Two examples are given; one for a Wallops directional spectrum encountering a shear current and another with an upwelling current.
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