Park, Min-Su;Jeong, Youn-Ju;You, Young-Jun;Lee, Du-Ho;Kim, Byeong-Cheol
Ocean Systems Engineering
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v.4
no.3
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pp.169-183
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2014
For the reliable design of substructure supporting offshore wind turbines it is very important to reduce the effects of wave forces. Since the substructure is strongly influenced by the effects of wave forces as the size of substructure increases. In the present study, the hybrid substructure with multi-cylinder is newly suggested to reduce the effects of wave forces. Using diffraction theory the scattering waves in a fluid region are expressed by an Eigenfunction expansion method with three dimensional potential theory to calculate the wave force acting on the hybrid substructure. The wave force and wave run-up acting on the hybrid substructure is presented to examine the water wave interaction according to the variation of cylindrical size and the distance among cylinders. It is found that the suggested hybrid substructure with multi-cylinder is very useful to reduce the effects of wave forces acting on the substructure for offshore wind turbines.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.952-969
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2019
This study develops new analytical solutions to water wave diffraction by vertical truncated cylinders in the context of linear potential theory. Three typical truncated surface-piercing cylinders, a submerged bottom-standing cylinder and a submerged floating cylinder are examined. The analytical solutions utilize the multi-term Galerkin method, which is able to model the cube-root singularity of fluid velocity near the edges of the truncated cylinders by expanding the fluid velocity into a set of basis function involving the Gegenbauer polynomials. The convergence of the present analytical solution is rapid, and a few truncated numbers in the series of the basis function can yield results of six-figure accuracy for wave forces and moments. The present solutions are in good agreement with those by a higher-order BEM (boundary element method) model. Comparisons between present results and experimental results in literature and results by Froude-Krylov theory are conducted. The variation of wave forces and moments with different parameters are presented. This study not only gives a new analytical approach to wave diffraction by truncated cylinders but also provides a reliable benchmark for numerical investigations of wave diffraction by structures.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.833-838
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2003
The problem of elastic wave resonance scattering from elastic targets is studied in this paper. A new resonance formalism to extract the elastic resonance information of the target from scattered elastic waves is introduced. The proposed resonance formalism is an extension of the works developed for acoustic wave scattering problems by the author. The classical resonance scattering theory computes reasonable magnitude information of the resonances in each partial wave, but the phase behaves in somewhat irregular way, therefore, is not clearly explainable. The proposed method is developed to obtain physically meaningful magnitude and phase of the resonances. As an example problem, elastic wave scattering from an infinitely-long elastic cylinder was analyzed by the proposed method and compared to the results by RST. In case of no mode conversion, both methods generate identical magnitude. However, the new method computes exact $\pi$ radian phase shills through resonances and anti-resonances while RST produces physically unexplainable phases. In case of mode conversion, in addition to the phase even magnitudes are different. The phase shifts through resonances and antiresonances obtained by the proposed method are not exactly $\pi$ radians due to energy leak by mode conversion. But, the phases by the proposed method show reasonable and intuitively correct behavior compared to those by RST.
This paper presents the changes of acoustic scattering pattern from a single cylinder and two identical cylinders in both theoretical calculations and experimental measurements. Bi-static scattering pattern by single cylinder and two parallel cylinders (length 2m, radius 30mm) was measured in $5m\times5m\times5m$ water tank using high frequency projector (120 kHz) and hydrophone. The results show similar agreement between experiment and theory. In case of single cylinder scattering. omni-directional pattern was observed in backward but there are fluctuations or target strength in forward. Interference between each cylinder's scattering fields produce fluctuations of target strength in all directions of two cylinders.
The bi-material elastic system consisting of the pre-stressed hollow cylinder and pre-stresses surrounding infinite elastic medium is considered and it is assumed that the mentioned initial stresses in this system are caused with the compressing or stretching uniformly distributed normal forces acting at infinity in the direction which is parallel to the cylinder's axis. Moreover, it is assumed that on the internal surface of the cylinder the ring load which moves with constant velocity acts and within these frameworks it is required to determine the influence of the aforementioned initial stresses on the critical velocity of the moving load. The corresponding investigations are carried out within the framework of the so-called three-dimensional linearized theory of elastic waves in initially stresses bodies and the axisymmetric stress-strain state case is considered. The "moving coordinate system" method is used and the Fourier transform is employed for solution to the formulated mathematical problem and Fourier transformation of the sought values are determined analytically. However, the originals of those are determined numerically with the use of the Sommerfeld contour method. The critical velocity is determined from the criterion, according to which, the magnitudes of the absolute values of the stresses and displacements caused with the moving load approaches an infinity. Numerical results on the influence of the initial stresses on the critical velocity and interface normal and shear stresses are presented and discussed. In particular, it is established that the initial stretching (compressing) of the constituents of the system under consideration causes a decrease (an increase) in the values of the critical velocity.
Axially compressed circular cylinders repeat symmetry-breaking bifurcation in the postbuckling region. There exist stable equilibria with all symmetry broken in the buckled configuration, and the minimum postbuckling strength is attained at the deep bottom of closely spaced equilibrium branches. The load level corresponding to such postbuckling stable solutions is usually much lower than the initial buckling load and may serve as a strength limit in shell stability design. The primary concern in the present paper is to compute these possible postbuckling stable solutions at the deep bottom of the postbuckling region. Two computational approaches are used for this purpose. One is the application of individual procedures in computational bifurcation theory. Path-tracing, pinpointing bifurcation points and (local) branch-switching are all applied to follow carefully the postbuckling branches with the decreasing load in order to attain the target at the bottom of the postbuckling region. The buckled shell configuration loses its symmetry stepwise after each (local) branch-switching procedure. The other is to introduce the idea of path jumping (namely, generalized global branch-switching) with static imperfection. The static response of the cylinder under two-parameter loading is computed to enable a direct access to postbuckling equilibria from the prebuckling state. In the numerical example of an elastic perfect circular cylinder, stable postbuckling solutions are computed in these two approaches. It is demonstrated that a direct path jump from the undeformed state to postbuckling stable equilibria is possible for an appropriate choice of static perturbations.
A GA(Genetic Algorithm) based 3D-PTV technique has been developed. The measurement system consists of three CCD cameras, Ar-ion laser, an image grabber and a host computer. The fundamental of the developed technique was based on that one-to-one correspondence is found between two tracer particles selected at two different image frames taking advantage of combinatorial optimization of the genetic algorithm. The fitness function controlling reproductive success in the genetic algorithm was expressed by a kind of continuum theory on the sparsely distributed particles in space. In order to verify the capability of the constructed measurement system, a performance test was made using the LES data set of an impinging jet. The developed 3D-PTV system was applied to the measurement of flow characteristics of the wake of a circular cylinder.
This paper presents some fundamental results on the dynamics of the periodic Karman wake behind a circular cylinder. The wake is treated like a dynamical system. External forcing is then introduced and its effect investigated. The main result obtained is the following. Perturbation of the wake, by controlled cylinder oscillations in the flow direction at a frequency equal to the Karman vortex shedding frequency, leads to instability of the Karman vortex structure. The resulting wake structure oscillates at half the original Karman vortex shedding frequency. For higher frequency excitation the primary pattern involves symmetry breaking of the initially shed symmetric vortex pairs. The Karman shedding phenomenon can be modeled by a nonlinear oscillator. The symmetrical flow perturbations resulting from the periodic cylinder excitation can also be similarly represented by a nonlinear oscillator. The oscillators represent two flow modes. By considering these two nonlinear oscillators, one having inline shedding symmetry and the other having the Karman wake spatio-temporal symmetry, the possible symmetries of subsequent flow perturbations resulting from the modal interaction are determined. A theoretical analysis based on symmetry (group) theory is presented. The analysis confirms the occurrence of a period-doubling instability, which is responsible for the frequency halving phenomenon observed in the experiments. Finally it is remarked that the present findings have important implications for vortex shedding control. Perturbations in the inflow direction introduce 'control' of the Karman wake by inducing a bifurcation which forces the transfer of energy to a lower frequency which is far from the original Karman frequency.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.5
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pp.370-376
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2004
The overall aim of this paper is to determine coupling loss factor of welding point between shell and cylinder using loss factor and structural loss factor. For this purpose, two kinds of loss factor were adopted. One is loss factor of each sub structure, another is structural loss factor based on the complex welded or assembled structure. Using these two parameters, it ispossible to derive the coupling loss factor which represent characteristic condition of SEA theory. Coupling loss factor of conjunction in complex structure was expressed as power balance equation. The derived equation for a coupling loss factor has been simplified on the assumption of one way (uni-directional) power flow between multi-sub structures. Using these conditions, it is possible to find the equation of coupling loss factor expressed as above two loss factors. To check the effectiveness of above equation, this paper used two-stage application. The first approach was application between simple cylinder and shell. The next was adopted rotary compressor. Rotary compressor has three main conjunctions between shell and internal vibration part. This equation was applied to find out the optimum welding point with respect to reduce the noise propagation. It shows the effective tool to evaluate the coupling loss factor in complex structure
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1994.10a
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pp.449-454
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1994
The Stewart Platform is one example of a motion simulator which generater 6DOF motion in space by six actuators in parallel. The presented control methrol of 6DOF motion simulator is generally classified into two types, one is SISO and the other is MIMO control type. The SISO control can't compensate for external load variation and different dynamic behavior of 6DOF motion, trerefore this type don's control motion precisely. On the other hand, the MIMO control compensates for a interference of 6DOF motion because MIMO controller is designed with 6DOF motion simulator synamics. But MIMO control of motion simulator has a complexity of 6DOF displacement feedback, because in oder to obtain feedback value we must solve the forward kinematics using measurement of cylinder length or design a state estimator, unless measurement of 6DOF displacement is possible. In this paper, a multivariable controller using H .inf. optimal control theory is designed to consider a interference of 6DOF motion and to obtain robust,precise control of system. Also in order to solve the mentioned problem of MIMO control, this paper presents a modified MIMO control model which control 6DOF motion by using feedback of measurement od cylinder length.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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