The icebreaking research vessel (IBRV) ARAON had her second ice trial in the Arctic Ocean in the summer season of 2010. During the voyage, the local ice loads acting on the bow of the port side were measured using 14 strain gauges. These measurements were carried out in three icebreaking performance tests. To convert the measured strains into the local ice pressures, a finite element model of the instrumented area was developed. The influence coefficient method (ICM), which uses the influence coefficient from the finite element model, and the direct method, which uses the measured strain, were selected as the conversion methods. As a result, the maximum measured pressure was 1.236MPa, and the average difference between ICM and the direct method was about 5% for an area of $0.2m^2$. The pressure-area relationship of the measurement falls below the range of the existing pressure-area curve, which is due to the low ice strength of melted ice in the summer.
This paper provides theoretical and experimental results to verify the crashworthiness of FH32 high-strength steel for arctic marine structures against ice impact. Assuming that side-shell structures of the Korean arctic research vessel, ARAON, with ice-notation PL10, collide with sheet ice, one-third-scale test specimens with a single transverse frame are manufactured. Impact-bending tests were conducted using a rigid steel striker that mimics sheet ice. Drop height was calculated by considering the speed at which sheet ice is rammed. Prior to impact-bending tests, tensile coupon tests were conducted at various temperatures. The impact-bending tests were carried out using test specimens fully fixed to the inside bottom frame of a cold chamber. The drop-weight velocity and test specimen deformation speed were measured using a high-speed camera and digital image correlation analysis (DICA). Numerical simulations were carried out under the same conditions as the impact-bending tests. The simulation results were in agreement with the test results, and strain rate was a key factor for the accuracy of numerical simulations.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.4
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pp.788-799
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2014
This study conducted four field measurements of local ice pressure during the icebreaking voyage of the icebreaking research vessel "ARAON" in the Chukchi and Beaufort seas from July to August of 2010. For measurements, 14 strain gauges, including 8 strain gauge rosettes, were set on the bow of the port side. Influence coefficients were determined using a finite element model of the instrumented area and they were used to convert the measured strains on the hull structure to local ice pressures. The converted maximum pressure was calculated as 2.12 MPa on an area of $0.28m^2$. Pressure-area curves were developed from the surveyed pressure data and the results were compared with previously measured data. The study results are expected to provide an understanding of local ice pressures and thus be useful in the structural design of ice class ships.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.56
no.2
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pp.117-127
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2019
Vessel's ice speed performances will be verified in ice sea trial but environmental conditions of ice fields are changeable according to the weather condition of ice trial area. Speed performance has to correct in the no wind, wave and current etc. after sea trial. Especially finding ice fields which is exact the same as owner's ice thickness and strength requirements is not easy. Therefore speed correction according to environment condition has to be done after sea trial measurements. Correction methods for ice thickness, ice strength, wave, wind and ship draft, trim, ice drift etc. are checked in ice sea trial based on literature review such as ISO standard, ITTC recommendation, journal papers and proceedings of conferences. Possibility of application for current and ice drift correction in ice field are discussed and measuring schemes and procedures of correction methods are described in this paper. All of correction schemes are calculated for 'Araon' which is ice breaking research vessel with Arctic and Antarctic ice field test results. Analyzed results shows that Araon is satisfied with her official ice speed performance of 3 knots with 10MW power at 1m ice thickness, 570kPa ice flexural strength.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.4
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pp.306-312
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2018
To navigate in ice-covered waters, the ice-breaking process is required. The ice-breaking mode depends on material properties of sea ice and ice conditions. The ice-breaking mode is classified into ramming and continuous ice-breaking. The ramming is effective on large ice features, such as thick ice ridge and icebergs, and the continuous ice-breaking is on level ice. In general, the impact time duration of crushing or bending on ice sheets is from 0.2 to 1.0 second. However, impact duration in ramming will be increased. The Korean ice-breaking research vessel ARAON conducted her research voyage in the Antarctic sea during the winter of 2012. The IBRV ARAON measured strain in ramming and continuous ice-breaking. Strain gauge signals were recorded during the planned ice-breaking performance and the unplanned ice transits in heavy ice conditions. The aim of this study is to investigate the ice load signals measured in ramming processes under the heavy ice condition. Based on the time history of the signals, a raising time, a half-decaying time and time duration were investigated and compared with the previous study which was suggested the five profiles of the ice load signals.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.6
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pp.478-483
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2012
The speed performances of ice sea trial on the Arctic(2010 & 2011) area were shown different results depend on the ice floe size. Penetration phenomena of level ice was not happened on medium ice floe and tore up by the impact force because the mass of medium ice floe is similar to the mass of Araon which is Korean ice breaking research vessel and did not shut up by the ice ridge or iceberg. The sea trial on the Amundsen sea was performed at the big floe which is classified by WMO(World Meteorological Organization). Three measurements of ice properties and five results of speed trial were obtained with different ice thicknesses and engine powers. To evaluate speed of level ice trial and model test results at the same ice thickness and engine power, the correction method of HSVA(Hamburg Ship Model Basin) was used. The thickness, snow effect, flexural strength and friction coefficient were corrected to compare the speed of sea trial. The analyzed speed at 1.03m thickness of big floe was 5.85 knots at 10MW power and it's 6.10 knots at 1.0m ice thickness and the same power. It's bigger than the results of level ice because big floe was also slightly tore up by the impact force of vessel based on the observation of recorded video.
In the Arctic Ocean, the distribution of sea ice and ice sheets changes as climate changes. Because the distribution of ice cover influences the mineral composition of marine sediments, studying marine sediments transported by sea ice or iceberg is very important to understand the global climate change. This study analyzes marine sediment samples collected from the Arctic Ocean and infers the provenance of the sediments to reconstruct the paleoenvironment changes of the western Arctic. The analyzed samples include four gravity cores collected from the Araon mound in the Chukchi Plateau and one gravity core collected from the slope between the Araon mounds. The core sediments were brown, gray, and greenish gray, each of which corresponds to the characteristic color of sediments deposited during the interglacial/glacial cycle in the western Arctic Ocean. We divide the core sediments into three units based on the analysis of bulk mineral composition, clay mineral composition, and Ice Rafted Debris (IRD) as well as comparison with previous study results. Unit 3 sediments, deposited during the last glacial maximum, were transported by sea ice and currents after the sediments of the Kolyma and Indigirka Rivers were deposited on the continental shelf of the East Siberian Sea. Unit 2 sediments, deposited during the deglacial period, were from the Kolyma and Indigirka Rivers flowing into the East Siberian Sea as well as from the Mackenzie River and the Canadian Archipelago flowing into the Beaufort Sea. Unit 2 sediments also contained an extensive amount of IRD, which originated from the melted Laurentide Ice Sheet. During the interglacial stage, fine-grained sediments of Unit 1 were transported by sea ice and currents from Northern Canada and the East Siberian Sea, but coarse-grained sediments were derived by sea ice from the Canadian Archipelago.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.1
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pp.66-72
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2016
The aim of this paper is to investigate the characteristics of the signal of local ice load acting on side shell in the bow part due to ice broken by an icebreaker in ice-covered waters. The Korean icebreaking research vessel "ARAON" voyaged to the Arctic Ocean during the summer of 2010, and measurements of local ice load were carried out using several strain gauges. In this study, the time history of measured signals was analyzed and the characteristic values including rising time and half-decaying time were presented using non-dimensional parameters.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.6
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pp.613-623
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2017
A semi-empirical model to predict ship resistance in level ice based on Lindqvist's model is presented. This model assumes that contact between the ship and the ice is a case of symmetrical collision, and two contact cases are considered. Submersion force is calculated via Lindqvist's formula, and the crushing and breaking forces are determined by a concept of energy consideration during ship and ice impact. The effect of the contact coefficient is analyzed in the ice resistance prediction. To validate this model, the predicted results are compared with model test data of USCGC Healy and icebreaker Araon, and full-scale data of the icebreaker KV Svalbard. A relatively good agreement is achieved. As a result, the presented model is recommended for preliminary total resistance prediction in advance of the evaluation of the icebreaking performance of vessels.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.3
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pp.490-499
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2015
In this study, a local ice pressure prediction has been conducted by using measured data from two ice breaking tests that was conducted for a relatively big ice floe at Amundsen Sea in the Antarctica from January 31 to March 30 2012. The symmetry of load was considered by attaching strain gauges on the same sites inside the shell plating of ship at the port and the starboard sides in the bow thrust room. Using measured strain data, after the ice pressure was converted by the influence coefficient method and the direct method, the two values were found to be similar.
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