Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.15
no.4
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pp.224-231
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2003
In this study, the hybrid breakwater system - a breakwater system combining the floating breakwater with the submerged breakwater - is used to improve the wave screening performance that may not be achieved by using the floating breakwater or the submerged breakwater, separately. Two-dimensional finite element method is used for numerical analysis and the wave reflection ratio and the wave transmission ratio are analyzed for the proposed case. In case of using the hybrid breakwater system, wave screening performance is more effective than in case of using the floating breakwater or the submerged breakwater, separately. It also shows an effective wave screening on the long wave period and an advanced wave screening performance with low height of the submerged breakwater.
Submerged breakwaters can be installed underneath floating structures to reduce the external wave loads acting on the structure. The objective of this study was to establish an optimization analysis framework to determine the corresponding shape and position of the submerged breakwater that can minimize or maximize the external forces acting on the floating structure. A two-dimensional frequency-domain boundary element method (FD-BEM) based on the linear potential theory was developed to perform the hydrodynamic analysis. A metaheuristic algorithm, the advanced particle swarm optimization, was newly coupled to the FD-BEM to perform the optimization analysis. The optimization analysis process was performed by calling FD-BEM for each generation, performing a numerical analysis of the design variables of each particle, and updating the design variables using the collected results. The results of the optimization analysis showed that the height of the submerged breakwater has a significant effect on the surface piercing body and that there is a specific area and position with an optimal value. In this study, the optimal values of the shape and position of a single submerged breakwater were determined and analyzed so that the external force acting on a surface piercing body was minimum or maximum.
The present paper outlines the numerical investigation of the incident wave interactions with fully submerged and floating dual double hull pontoon/vertical porous membrane breakwaters. Two dimensional five fluid-domains hydro-elastic formulation was carried out in the context of linear wave body interaction theory to study the wave interaction with the double hull of pontoon-membranes. The submerged circular pontoon is consisted of double hulls, which is filled with water in the void space between the outer structure and inner solid buoyant structure. Hydrodynamic characteristics of the proposed system with dual floating double-hull-pontoons filled with water have been studied numerically for the various incident waves. This study is a beginning stage research for the dual double hull porous pontoons/vertical porous membranes breakwaters which is ideally designed in order to suppress significantly the transmitted and reflected waves simultaneously.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.396-402
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2006
An efficient spline boundary element scheme is newly developed for water wave scattering of an incident wave train on a submerged breakwater. Validation of the present scheme is accomplished through the numerical experiments for various cases, by comparing the numerical results with theories vailable in the literature. Very accurate reflection and transmission coefficients for thin horizontal breakwater are obtained. It is observed that the reflection coefficient for the rectangular breakwater is significantly affected by the thickness. Horizontal and vertical forces on the breakwater for various thicknesses were also investigated.
Generally, it is pointed out that a nonlinear analysis is needed to estimate accurately the water surface fluctuation and dynamic responses of a floating structure in case of large wave reflection. In this study, a frequency-domain method is applied and newly developed to analyze the nonlinear characteristics of the air-chamber floating breakwater. The air-chamber floating breakwater in this study can control well the wave transformation, motions of the structure and its natural frequency by adjusting the air depth in the chamber. Experiments are carried out to verify the numerical results. It is appeared that the mean water level is setup in the anti-node and setdown in the node, while the nonlinearity in wave profile is larger in the node than in the anti-node. Because of vertical mooring system, the sway, especially the time-independent nonlinear component, plays predominant role in the motion. On the other hand, the time-dependent component, as well as the time-independent one to the tensile force of mooring line contributes greatly, and the time averaged value presents tensional force oriented to the onshore side due drift force.
The numerical investigation of obliquely incident wave interactions with fully submerged dual buoy/porous-membrane floating breakwaters placed in parallel with spacing is studied based on linear potential theory and Darcy's law. The numerical solutions are obtained by using a discrete-membrane dynamic model and second-kind modified Bessel function distribution over the entire boundaries of fluid regions. First, numerical solutions for an idealized dual submerged system without buoys are obtained. Second, a more practical dual submerged system with membrane tension provided by buoys at its tops is investigated by the multi-domain boundary element method particularly devised for dual buoy/porous-membrane problems with gaps. The velocity potentials of wave motion are coupled with porous-membrane deformation, and solved simultaneously since the boundary condition on porous-membrane is not known in advance. The effects of varying permeability on membranes and wave characteristics are discussed for the optimum design parameters of systems previously studied. The inclusion of permeability on membrane eliminates the resonances that aggravate the breakwater performance. The system is highly efficient when waves generated by the buoys and membranes were mutually canceled and its energy at resonance frequency dissipates through fine pores on membranes.
The focus of this paper is on the numerical investigation of obliquely incident wav interactions with a system composed of fully submerged and floating dual buoy/vertical-flexible-membrane breakwaters placed in parallel with spacing between two systems. The fully submerged two systems allow surface and bottom gaps to enable wave transmission over and under the system. The problem is formulated based on the two-dimensional multi-domain hydro-elastic linear wave-body interaction theory. The hydrodynamic interaction of oblique incident waves with the combination of the rigid and flexible bodies was solved by the distribution of the simple sources (modified Bessel function of the second kind) that satisfy the Helmholz governing equation in fluid domains. A boundary element program for three fluid domains based on a discrete membrane dynamic model and simple source distribution method is developed. Using this developed computer program, the performance of various dual systems varying buoy radiuses and drafts, membrane lengths, gaps, spacing, mooring-lines stiffness, mooring types, water depth, and wave characteristics is thoroughly examined. It is found that the fully submerged and floating dual buoy/membrane breakwaters can, if it is properly tuned to the coming waves, have good performances in reflecting the obliquely incident waves over a wide range of wave frequency and headings.
Jung Dong Ho;Kim Hyeon Ju;Moon Deok Su;Park Han Il;Choi Hak Sun
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.7
no.4
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pp.185-191
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2004
A mooring system can be applied to keep the position of a floating structures. In this study, the structural analysis is carried out to analyze the dynamic characteristics of a mooring line for a floating breakwater. A three-dimensional equations of motion for a submerged chain are derived. Bending stiffness is considered for the necessary restoring force in the regions of zero tension. A fortran program is to be developed by employing finite difference method. In the algorithm, an implicit time integration and Newton-Raphson iteration are adopted. The results of simulation show good agreement in tension response pattern with the experimental results of a reference. The results of this study can contribute for the design of mooring system for a floating breakwater.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.3
no.3
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pp.137-151
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1991
The motion of two-dimensional floating breakwaters with rectangular clots-section which are moored tautly in shallow water has been analyzed using a velocity potential matching method in which the fluid region is devided into sub-regions and then unknown coefficients of velocity potentials are determined from the continuity condition of mass and momentum flux of fluid at imaginary boundaries between sub-regions. The method originally suggested by Ijima et al.(1972) for the motion of submerged body has been modified to analyze the motion of floating body. The total fluid region has been divided into three sub-regions : the incident wave region, the transmitted wave region and the region below the floating breakwater. The restoring forces induced by mooring lines which were ignored by Ijima et al.(1972) have been modeled as linear springs with the initial tension effects. This method has been verified through the comparions with results from hydraulic expriments. Applications to various conditions of floating breakwater have been performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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