International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.3
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pp.241-257
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2014
The modern development in design of airships and aerostats has led to unconventional configurations quite different from the classical ellipsoidal and spherical ones. This new class of air-vehicles presents a mass-to-volume ratio that can be considered very similar to the density of the fluid displaced by the vehicle itself, and as a consequence, modeling and simulation should consider the added masses in the equations of motion. The concept of added masses deals with the inertia added to a system, since an accelerating or decelerating body moving into a fluid displaces a volume of the neighboring fluid. The aim of this paper is to provide designers with the added masses matrix for more than twenty Lighter Than Air vehicles with unconventional shapes. Starting from a CAD model of a given shape, by applying a panel-like method, its external surface is properly meshed, using triangular elements. The methodology has been validated by comparing results obtained with data available in literature for a known benchmark shape, and the inaccuracies of predictions agree with the typical precision required in conceptual design. For each configuration, a CAD model and a related added masses matrix are provided, with the purpose of assisting the practitioner in the design and flight simulation of modern airships and scientific balloons.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.25
no.2
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pp.19-30
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1988
Sectional added masses of an elastic beam vibrating vertically on the free surface in higher harmonic modes are evaluated. Hydrodynamic interactions between neighboring sections, which strip theory ignores, are considered for modal wave lengths of the order of magnitude of cross-sectional dimensions of the body. An approximate solution of modified Helmholtz equation which becomes a singular perturbation problem at small wave lengths is secured to get an analytic expression for added masses attending higher harmonic modes. As a bound of the present theory, the modified Helmholtz equation is solved for the long flat plate vibrating at high frequency on the water surface without any limitations on modal frequency. Finally, extensive series of numerical calculations are carried out for ship-like forms. It is found that when modal wave length is comparable to or shorter than a typical cross-sectional dimension of a body, sectional interaction effects are large which result in considerable reductions in added masses. For a fuller section, the ratio of added mass reduction is greater. In the limit of vanishing sectional area, the added masses approach to that of flat plate of equal beam. It is shown that the added mass distribution for a Legendre modal from can be determined form the present theory and that the results agree with the extensive three-dimensional determination of Vorus and Hilarides.
According to the structure characteristics of the non-uniform beam bridge, a practical model for calculating the vibration equation of the non-uniform beam bridge is given and the application scope of the model includes not only the beam bridge structure but also the non-uniform beam with added masses and elastic supports. Based on the Bernoulli-Euler beam theory, extending the application of the modal perturbation method and establishment of a semi-analytical method for solving the vibration equation of the non-uniform beam with added masses and elastic supports based is able to be made. In the modal subspace of the uniform beam with the elastic supports, the variable coefficient differential equation that describes the dynamic behavior of the non-uniform beam is converted to nonlinear algebraic equations. Extending the application of the modal perturbation method is suitable for solving the vibration equation of the simply supported and continuous non-uniform beam with its arbitrary added masses and elastic supports. The examples, that are analyzed, demonstrate the high precision and fast convergence speed of the method. Further study of the timesaving method for the dynamic characteristics of symmetrical beam and the symmetry of mode shape should be developed. Eventually, the effects of elastic supports and added masses on dynamic characteristics of the three-span non-uniform beam bridge are reported.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.1
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pp.56-63
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1985
Methods for evaluating the added masses of square and hexagonal structures with fluid gap are presented. For a sufficiently small fluid gap, an analytical expression for the added mass is found using the method of matched asymptotic expansion. Experimental data and numerical results using finite element method are also obtained for various sizes of fluid gap. It is shown that added masses increase in inverse proportion to the fluid gap as it becomes smaller. Experimental data, theoretical and numerical results are in good agreement.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.59
no.4
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pp.214-224
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2022
It is necessary to estimate manoeuvring characteristics of submerged bodies at the design stage in order to ensure the safe operations. In this study, added mass coefficients in the mathematical model of submerged bodies are estimated by captive model tests and numerical calculations. Two kinds of models, MARIN 'BB2'submarine model and AUV (Autonomous unmanned vehicle) model are utilized in the forced oscillation tests. Compared to BB2 submarine, AUV with cylindrical type hull form shows relatively small added masses in roll, pitch, and yaw directions. Next, numerical calculations based on potential theory are performed under the assumption that viscous effects on inertia forces are negligible. Added masses obtained by numerical calculations are in good agreements with forced oscillation test results. And if slow manoeuvres of submerged bodies are presumed, some of velocity coupled terms can be approximated by combinations of added mass coefficients.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.1
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pp.115-127
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2015
The aim of this study is to develop a simplified formula for added mass coefficients of a two-dimensional floating body moving vertically in a finite water depth. Floating bodies with various sectional areas may represent simplified structure sections transformed by Lewis form, and can be used for floating body motion analysis using strip theory or another relevant method. Since the added mass of a floating body varies with wave frequency and water depth, a correction factor is developed to take these effects into account. Using a developed two-dimensional numerical wave tank technique, the reference added masses are calculated for various water depths at high frequency, and used them as basis values to formulate the correction factors. To verify the effectiveness of the developed formulas, the predicted heave added mass coefficients for various wetted body sections and wave frequencies are compared with numerical results from the Numerical Wave Tank (NWT) technique.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.15
no.2
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pp.1-11
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1978
Using the elliptical cylindrical function, the added masses of thin rectangular plates vibrating elastically in an infinite ideal fluid are calculated. For the boundary conditions of the plates, two models are adopted. The plate which is simply-supported on two opposite edges while the other edges are clamped is one and the other is the plate which is simply-supported on two opposite edges while the other edges are free. Same examples are calculated numerically for the fundamental mode in each cases. And the effect of the boundary condition on the added mass are investigated by comparing these data with those of Kim's[4] which were calculated for the simply-supported plates by the same method. It is concluded that it is possible to predict the added mass of a rectangular plate, whose boundary condition is not treated in this report, by using the result of this investigation.
DDARF (Discontinuous Deformation Analysis for Rock Failure) is a numerical algorithm for simulating jointed rock masses' discontinuous deformation. While its reinforcement simulation is only limited to end-anchorage bolt, which is assumed to be a linear spring simply. Here, several new reinforcement modes in DDARF are proposed, including lining reinforcement, full-length anchorage bolt and equivalent reinforcement. In the numerical simulation, lining part is assigned higher mechanical strength than surrounding rock masses, it may include multiple virtual joints or not, depending on projects. There must be no embedding or stretching between lining blocks and surrounding blocks. To realize simulation of the full-length anchorage bolt, at every discontinuity passed through the bolt, a set of normal and tangential spring needs to be added along the bolt's axial and tangential direction. Thus, bolt's axial force, shearing force and full-length anchorage effect are all realized synchronously. And, failure criterions of anchorage effect are established for different failure modes. In the meantime, from the perspective of improving surrounding rock masses' overall strength, a new equivalent and tentative simulation method is proposed, it can save calculation storage and improve efficiency. Along the text, simulation algorithms and applications of these new reinforcement modes in DDARF are given.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2001.10a
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pp.164-168
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2001
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.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.05a
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pp.105-108
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2003
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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