The motion of a ship advancing in regular waves is analyzed in the time-domain using the convolution integral of the radiation forces. The memory effect functions and infinite frequency added masses are obtained from the solution of the three dimensional improved Green integral equation in the frequency domain by making use of the Fourier transformation. The ship motions in regular waves have been calculated by both the time and frequency domain methods. It has been shown that they agree very well with each other. The present time-domain method can be used to predict the time histories of unsteady motions in irregular waves. It can also be used to calculate the hydrostatic and Froude-Krylov forces over the instantaneous wetted surface of the ship hull to predict large ship motions, in a practical sense, advancing in large amplitude waves.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권1호
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pp.86-94
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2011
This paper compares frequency domain and time domain predictions from the ShipMo3D ship motion library with observed motions from model tests and sea trials. ShipMo3D evaluates hull radiation and diffraction forces using the frequency domain Green function for zero forward speed, which is a suitable approach for ships travelling at moderate speed (e.g., Froude numbers up to 0.4). Numerical predictions give generally good agreement with experiments. Frequency domain and linear time domain predictions are almost identical. Evaluation of nonlinear buoyancy and incident wave forces using the instantaneous wetted hull surface gives no improvement in numerical predictions. Consistent prediction of roll motions remains a challenge for seakeeping codes due to the associated viscous effects.
The local motion at the top of an A-frame fixed on a research vessel for deep sea ROV floating in irregular waves is studied in the time-domain. The motion is analyzed in the time-domain using the convolution integral of the radiation forces. The memory effect functions and infinite frequency added masses are obtained from the solution of the three dimensional improved Green integral equation in the frequency domain by making use of the Fourier transformation.
Kim, Yong-Hwan;Kim, Kyong-Hwan;Kim, Jae-Han;Kim, Tae-Young;Seo, Min-Guk;Kim, Yoo-Il
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권1호
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pp.37-52
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2011
The present paper introduced a computer program, called WISH, which is based on a time-domain Rankine panel method. The WISH has been developed for practical use to predict the linear and nonlinear ship motion and structural loads in waves. The WISH adopts three different levels of seakeeping analysis: linear, weakly-nonlinear and weak-scatterer approaches. Later, WISH-FLEX has been developed to consider hydroelasticity effects on hull-girder structure. This program can solve the springing and whipping problems by coupling between the hydrodynamic and structural problems. More recently this development has been continued to more diverse problems, including the motion responses of multiple adjacent bodies, the effects of seakeeping in ship maneuvering, and the floating-body motion in finite-depth domain with varying bathymetry. This paper introduces a brief theoretical and numerical background of the WISH package, and some validation results. Also several applications to real ships and offshore structures are shown.
During the loading/offloading operation of a liquefied natural gas carrier (LNGC) that is moored in a side-by-side configuration with an offshore plant, sloshing that occurs due to the partially filled LNG tank and the interactive effect between the two floating bodies are important factors that affect safety and operability. Therefore, a time-domain software program, called CHARM3D, was developed to consider the interactions between sloshing and the motion of a floating body, as well as the interactions between multiple bodies using the potential-viscous hybrid method. For the simulation of a floating body in the time domain, hydrodynamic coefficients and wave forces were calculated in the frequency domain using the 3D radiation/diffraction panel program based on potential theory. The calculated values were used for the simulation of a floating body in the time domain by convolution integrals. The liquid sloshing in the inner tanks is solved by the 3D-FDM Navier-Stokes solver that includes the consideration of free-surface non-linearity through the SURF scheme. The computed sloshing forces and moments were fed into the time integration of the ship's motion, and the updated motion was, in turn, used as the excitation force for liquid sloshing, which is repeated for the ensuing time steps. For comparison, a sloshing motion coupled analysis program based on linear potential theory in the frequency domain was developed. The computer programs that were developed were applied to the side-by-side offloading operation between the offshore plant and the LNGC. The frequency-domain results reproduced the coupling effects qualitatively, but, in general, the peaks were over-predicted compared to experimental and time-domain results. The interactive effects between the sloshing liquid and the motion of the vessel can be intensified further in the case of multiple floating bodies.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권1호
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pp.72-79
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2011
Typical results obtained by a newly developed, nonlinear time domain hybrid method for simulating large amplitude motions of ships advancing with constant forward speed in waves are presented. The method is hybrid in the way of combining a time-domain transient Green function method and a Rankine source method. The present approach employs a simple double integration algorithm with respect to time to simulate the free-surface boundary condition. During the simulation, the diffraction and radiation forces are computed by pressure integration over the mean wetted surface, whereas the incident wave and hydrostatic restoring forces/moments are calculated on the instantaneously wetted surface of the hull. Typical numerical results of application of the method to the seakeeping performance of a standard containership, namely the ITTC S175, are herein presented. Comparisons have been made between the results from the present method, the frequency domain 3D panel method (NEWDRIFT) of NTUA-SDL and available experimental data and good agreement has been observed for all studied cases between the results of the present method and comparable other data.
The radiation potential of a ship advancing in waves is studied using the 3D time-domain forward-speed free-surface Green function and the Green integral equation. Numerical solutions are obtained by making use of the 2nd order BEM(Boundary Element Method) which make it possible to take account of the line integral along the waterline in a rigorous manner. The 6 degree of freedom motion memory functions of a hemisphere and the Wigley seakeeping model obtained by direct integration of the time-domain 3D potentials over the wetted surface are presented for various Froude numbers.
계류된 선박의 시뮬레이션을 위해 조종방정식을 사용하였고, 파 중의 선박에 가해지는 파강제력은 3차원 특이점 분포법에서 얻어진 주파수 전달함수로부터 시간영역해석법을 적용하였다. 운동을 유발하는 입사파의 주기와 동일한 선형 파강제력과 성분파 주파수의 차이에 기인하는 장주기 표류력을 외력항에 고려하였다. 규칙파와 불규칙 중에서의 선박의 거동을 비교하여 계류 중 선박에 발생할 수 있는 SLEW MOTION에 불규칙파 및 비선형 파강제력이 미치는 영향을 고찰하였다.
일점계류된 선박의 외력에 의한 불안정 거동을 경감시키는 방법에 대하여 검토하였다. 계류된 선박의 수치계산 시뮬레이션을 위해 조종운동방정식을 사용하였고, 선박에 가해지는 외력으로는 풍력과 파강제력이 고려되었다. 파강제력은 3차원특이점분포법에서 얻어진 주파수전달함수로부터 시간영역해석법을 적용하였고, 풍력은 OCIMF(1994)에서 제시한 값을 사용하였다. 계류된 선박의 안전대책으로 바우스러스터를 이용한 제어방법, 두 번째 묘를 이용한 굴레(Birdle)를 씌우는 묘박법이 검토되었다.
This paper considers a fully coupled 3D BEM-FEM analysis for the ship structural hydroelasticity problem in waves. Fluid flows and structural responses are analyzed by using a 3D Rankine panel method and a 3D finite element method, respectively. The two methods are fully coupled in the time domain using a fixed-point iteration scheme, and a relaxation scheme is applied for improve convergence. In order to validate the developed method, numerical tests are carried out for a barge model. The computed natural frequency, motion responses, and time histories of stress are compared with the results of the beam-based hydroelasticity program, WISH-FLEX, which was thoroughly validated in previous studies. This study extends to a real-ship application, particularly the springing analysis for a 6500 TEU containership. Based on this study, it is found that the present method provides reliable solutions to the ship hydroelasticity problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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