International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.65-74
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2021
A key factor that governs the wave interferences of a submerged body is the dimensionless Froude number. Computational Fluid Dynamics (CFD) is used to describe the resistance force coefficients and the generated waves of two SUBOFF submarine models. Grid independence studies are performed on two cases, totally and shallowly submerged cases, with four sets of computing meshes. The highest peaks are marked by red points at given wavelengths, a line is fitted to those points with a least-squares approximation, and the half wake angle at multiple Froude numbers is defined between the fitted line and the centerline of the free surface. The results show that when the depth of the target is 1.1D, constructive interferences occur at Fn = 0.3 and 0.5, while destructive interference occurs at Fn = 0.35 with distortion of the waveform. The half wake angle is less than 19.47° because of the interference between the bow and stern wave systems.
Since Chappelear developed a Fourier approximation method, considerable research efforts have been made. On the other hand, Fourier approximations are unsuitable for deep water waves. The purpose of this study is to provide a Fourier approximation suitable even for deep water waves and a numerical method to determine the Fourier coefficients and the wave properties. In addition, the convergence of the solution was tested in terms of its order. This paper presents a velocity potential satisfying the Laplace equation and the bottom boundary condition (BBC) with a truncated Fourier series. Two wave profiles were derived by applying the potential to the kinematic free surface boundary condition (KFSBC) and the dynamic free surface boundary condition (DFSBC). A set of nonlinear equations was represented to determine the Fourier coefficients, which were derived so that the two profiles are identical at specified phases. The set of equations was solved using Newton's method. This study proved that there is a limit to the series order, i.e., the maximum series order is N=12, and that there is a height limitation of this method which is slightly lower than the Michell theory. The reason why the other Fourier approximations are not suitable for deep water waves is discussed.
Surface wave techniques were initially based on 2-D plane waves and were later improved to the techniques based the 3-D based cylindrical waves. However, body-wave interference, near-field effect and limited technology in surface wave measurements restricted the use of 3-D cylindrical waves to the 1-D evaluation of subgrade stiffness. In this study, by the numerical simulation of SASW measurements, the dispersion properties of surface waves including vertical, horizontal Rayleigh waves and Love waves were thoroughly investigated in the 3-D domain, and a new filter criteria to minimize the near-field effect was established, which led to CAP (common-array-profiling)-SASW technique. The CAP-SASW technique enabled the evaluation of subgrade stiffness fur a specific subgrade segment, not for a whole section of measurement array. Therefore, a contour plot of subgrade stiffness with a ground-truth quality can be obtained by the CAP-SASW technique. The procedure proposed in this study was verified by comparing the shear-wave velocity profiles with the shear-wave velocity profiles of downhole testing at two geotechnical sites.
25 seismic shot gathers were obtained to study the two dimensional subsurface shear wave velocities in a landfilled area near the Keum river estuary. Borehole(BH#1 and BH#2) tests at two sites were made in the same area. Standard Penetration Tests were also performed at the same time. The 2-D shear wave velocity structure resulted from the inversion of the seismic data shows that the subsurface of the studied area consists of the upper 1${\sim}$3 meter thick layer(200 m/sec${\sim}$700 m/sec), the middle 5${\sim}$8 m thick low velocity layer(100 m/sec${\sim}$400 m/sec), and the lower layer of 1000m/sec or higher shear wave velocities. The thickness of the low velocity layer decreases from the BH #1 site to the BH #2 site. The depth to the basement also decreases toward the BH #2 site. The examination of the S wave velocity structure, the description of the geologic contents, and the Standard Penetration Test values indicate that the middle layer of low shear wave velocity may be related to the clay content of the layer. On the other hand, the Standard Penetration test values increase with depth, showing no significant relationship with the geologic contents of the subsurface. This study shows that the inversion of surface waves can be effective in the study of the shear wave velocity, especially in the area where low velocity layers can be found. The method of inversion of surface waves also can be used as a viable technique to overcome the limit of the seismic refraction method.
Lee Nam-Kyung;Baek Nakhoon;Kim Ku Jin;Ryu Kwan Woo
The KIPS Transactions:PartA
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v.12A
no.4
s.94
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pp.327-332
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2005
In the field of computer graphics, we have several research results to display the ocean waves on the screen, while we still not have a complete solution yet. Though ocean waves are constructed from a variety of sources, the dominant one is the surface gravity wave, which is generated by the gravity and the wind. In this Paper, we Present a real-time surface gravity wave simulation method, derived from a precise ocean wave model in the oceanography. There are research results based on the Pierson-Moskowitz(PM) model[1], which assumes infinite depth of water and thus shows some mismatches in the case of shallow seas. In this paper, we started from the Texel, Marsen and Arsloe(TMA) model[2], which is a more precise wave model and thus can be used to display more realistic ocean waves. We derived its implementation model for the graphics applications and our prototype implementation shows about 30 frames per second on the Intel Pentium 4 1.6GHz-based personal computer. Our major contributions to the computer graphics area ill be (1) providing more user-controllable parameters to finally generate various wave shapes and (2) the improvement on the expression power of waves even in the shallow seas.
Time series of suspended sediment concentration, surface elevation and velocity were measured and analysed to investigate the role of waves and the predominance of infra-gravity wave component for sediment suspension phenomena in the surf zone. For the investigation in detail, we adopted the cross spectral analysis method between suspended sediment concentration and the characteristic values of wave, and ensemble average analysis method about long-period wave component, which is dominant to sediment suspension in the measurement point. The obtained results are summarized as follows: 1)The relationship between suspended sediment concentration and the characteristic values of wave is stronger for the long-period standing wave components(about 60s and 30s where the nodal point of the first mode and the anti-nodal point of the second mode are located at the measurement point, respectively) than the long wave components(about 100s), which have the most energetic power, 2) and also, it is cleared that suspended sediment concentration is increased in the case of the phase, the velocity components of the first mode long-period standing wave(60sec) were accelerated toward on-shore direction, that is, the water surface in offshore side is higher than on-shore side.
Kim, Ju-Yeon;Park, Myung-Hee;Lee, Joon-Soo;Ahn, Ji-Suk;Han, In-Seong;Kwon, Mi-Ok;Song, Ji-Yeong
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.6
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pp.701-707
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2021
In this study, we examined the sea surface temperature (SST), air temperature (AT), and their time lag in response to an extreme cold wave in 2018 and a weak cold wave in 2019, cross-correlating these to the northern wind direction frequency. The data used in this study include SST observations of seven ocean buoys Real-time Information System for Aquaculture Environment provided by the National Institute of Fisheries Science and automatic weather station AT near them recorded every hour; null data was interpolated. A finite impulse response filter was used to identify the appropriate data period. In the extreme cold wave in 2018, the seven locations indicated low SST caused by moving cold air through the northern wind direction. A warm cold wave in 2019, the locations showed that the AT data was similar to the normal AT data, but the SST data did not change notably. During the extreme cold wave of 2018, data showed a high correlation coefficient of about 0.7 and a time lag of about 14 hours between AT and SST; during the weak cold wave of 2019, the correlation coefficient was 0.44-0.67 and time lag about 20 hours between AT and SST. This research will contribute to rapid response to such climate phenomena while minimizing aquaculture damage.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.6
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pp.461-469
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2017
A segment of the wave board has been expressed as a submerged line segment in the two dimensional wave flume. The lower end of the line segment could be extended to the bottom of the wave flume and the other opposite upper end of the board could be extended to the free surface. It is assumed that the motion of the wave board could be defined by the sinusoidal motion in horizontal direction on either end of the wave board. When the amplitude of sinusoidal motion of the wave board on lower and upper end are equal, the wave board motion could express the horizontally oscillating submerged segment of piston type wave generator. The submerged segment of flap type wave generator also could be expressed by taking the motion amplitude differently for the either end of the board. The pivot point of the segment motion could play a role of hinge point of the flap type wave generator. Simplified analytic solution of oscillating submerged wave board segment in water of finite depth has been derived through the first order perturbation method at two dimensional domain. The case study of the analytic solution has been carried out and it is found out that the solution could be utilized for the design of wave generator with arbitrary shape by linear superposition.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.26
no.5
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pp.1013-1025
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2014
Marine meterological characteristics off the coast in the East Sea between 2006 and 2013 were investigated by comparing the high wind-wave alert and moored-measured significant wave high. Monthly and yearly variations of the high wind-wave alert duration off the coast in the central part of the East Sea are correlated with those of the significant wave height measurement with their minima in June and 2008 and maxima in December and 2012. Both the high wind-wave alert duration and significant wave height increase remarkably during 2010-2013 when compared with during 2006-2009. The remarkable increase, occurring dominantly in December, seems to be related with Arctic oscillation variability. However, the comparisons reveal that only about a half of high wind-wave alerts satisfy the criteria for issuing the high wind-wave alert. To issue the high wind-wave alert, the wind speed at the sea should exceed 14 m/s or the significant wave height should be higher than 3 m. The high wind-wave alerts unsatisfying the significant wave height criteria are issued mainly during spring and summer. These results imply that additional surface buoy moorings in the open basin of the East Sea are necessary for more accurate issue of the high wind-wave alert.
Park, Jung-Hee;Kang, Min-Gu;Seo, Sun-Young;Lee, Jong-Sub
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6C
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pp.285-293
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2012
The surface tension, which is generated in the unsaturated soils, increases the stiffness of the soils. The objective of this study is to estimate the effect of the surface tension, which varies according to the temperature, on the shear wave velocity. Nine specimens, which have the different degree of saturation (0%, 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%), are prepared by using sand-silt mixtures. Experiments are carried out in a nylon cell designed for the measurement of shear waves. A pair of bender elements, which are used for the generation and detection of shear waves, is installed as a cross-hole type. The shear waves are continuously monitored and measured as the temperature of specimens decreases from $15^{\circ}C$ to $1^{\circ}C$. The results show that shear wave velocities of the fully saturated and fully dried specimens change a little bit as the temperatures of specimens decrease. However, the shear wave velocities of the specimens with the degree of saturations of 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60% and 80% continuously increase as temperature decreases from $15^{\circ}C$ to $1^{\circ}C$. Furthermore, a fully saturated specimen is dried at the temperature of $70^{\circ}C$ in order to observe the shear waves according to degree of saturation. The shear wave velocities measured at the temperature of $70^{\circ}C$ are generally lower than those measured at temperature of $15^{\circ}C$. This study demonstrates that the dependence of shear wave velocities on the temperature according to the degree of saturation should be taken into account in both laboratory and field tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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