The radiation of water waves by a heaving truncated circular cylinder with damping plate is solved in the frame of the three-dimensional linear potential theory. The damping plate has a distinct advantage in reducing the motion response of a floating circular cylinder by increasing the added mass and the damping coefficient. Using the matched eigenfunction expansion method, the characteristics of hydrodynamic added mass and the damping coefficient are investigated with various system parameters, such as the radius and submergence depth of the damping plate. It is found that both added mass and the damping coefficient are significantly increased due to the arranged features of the larger damping plate with shallow submergence, which are positive factors as a motion reduction device of the floating offshore platform. Also the numerical results for an oscillating submerged disk show that the added mass is negative and that the damping coefficient has a peak value at resonant frequency when submergence depth is sufficiently small.
In the vibration analysis of structure in fluid such as ships and offshore structures, the hydrodynamic added mass considerably affects the result of analysis. Therefore correct evaluation of the hydrodynamic added mass effect is required for an accurate analysis. But the correct evaluation of the effect is not simple because the added mass varies with the mode shape of vibration as well as the configuration of the structure. The universal method employed to evaluate added mass in ship hull vibration is Lewis's method via the introduction of 3 dimensional correction factor. But this conventional method is valid only for beam-like vibration.
In order to improve the ship maneuverability, It is important to estimate precisely the hydrodynamic coefficients of added mass forces acting on a ship especially in shallow waters, and simple methods for predicting such hydrodynamic forces Is also very desirable. In the previous paper using 3-Dimension potential flow theory, it has been demonstrated that potential calculation is available to estimate added mass coefficients. The present work is aimed at the suggestion of the simplified formulas for predicting the translation and lateral motion of added mass coefficients in shallow water. So, 3-D potential flow theory is also used to calculate the added mass coefficients in deep and shallow waters for Series 60 model which has 5 different kinds of block coefficients (0.6-0.8), SR196 model and T/S HANNARA. After some series computation, simplified formulas for Predicting the added mass force in shallow waters is suggested based on the computation results of Series 60 model. The formulas consist of the combination of principal dimensions and the water depth; d/B, Cb, d/H. The predicted results are compared with the Computation results for SR196 model and T/S HANNARA. The precision of predicted results by simplified formulas are good enough for the practical use. (d/B : draft-Breadth ratio, d/H draft-Water depth ratio, Cb : Block coefficients).
In the present study, effective hydrodynamic pressure modeling methods for three-dimensional earthquake safety analysis of a dam intake tower structure are investigated. Time history analysis results using the Westergaard added mass and Chopra added mass methods are compared with the one by the CASI (Coupled Acoustic Structural Interaction) method, which is accepted as giving almost exact solutions, to evaluate the difference in displacement response, stress and dynamic eccentricity. The 3D time history analysis of a realistic intake tower, which has the standard geometry widely used in Korea, shows that the Chopra added mass method gives similar results in displacement and stress and less conservative results in dynamic eccentricity to CASI ones, while the Westergaard added mass yields much more conservative results in all measures. This study suggests to use the CASI method directly for three-dimensional earthquake safety analysis of a dam intake tower, if computationally possible.
Heave plates have been widely used to enhance viscous damping and thus reduces the heave response of Spar platforms. Single heave plate attached to the keel of the Spar has been reported in literature (Tao and Cai 2004). The effect of double heave plates on hydrodynamic response in random waves has been investigated in this study. The influence of relative spacing $L_d/D_d$ ($D_d$-the diameter of the heave plate) on the hydrodynamic response in random waves has been simulated in wave basin experiments and numerical model. The experimental investigation has been carried out using 1:100 scale model of Spar with double heave plates in random waves for different relative spacing and varying wave period. The influence of relative spacing between the heave plates on the motion responses of Spar are evaluated and presented. Numerical investigation has been carried out to investigate effect of relative spacing on hydrodynamic characteristics such as heave added mass and hydrodynamic responses. The measured results were compared with those obtained from numerical simulation and found to be in good agreement. Experimental and numerical simulation shows that the damping coefficient and added mass does not increase for relative spacing of 0.4 and the effect greater than relative spacing on significant heave response is insignificant.
An analytical model of liquid sloshing is developed to consider the energy-loss effect through a partially submerged porous baffle in a horizontally oscillating rectangular tank. The nonlinear boundary condition at the porous baffle is derived to accurately capture both the added inertia effects and the energy-loss effects from an equivalent non-linear drag law. Using the eigenfunction expansion method, the horizontal hydrodynamic force (added mass, damping coefficient) on both the wall and baffle induced by the fluid motion is assessed for various combinations of porosity, submergence depth, and the tank's motion amplitude. It is found that a negative value for the added mass and a sharp peak in the damping curve occur near the resonant frequencies. In particular, the hydrodynamic force and free surface amplitude can be largely reduced by installing the proper porous baffle in a tank. The optimal porosity of a porous baffle is near P=0.1.
The outermost SG tubes have more structural problems than inside tubes. Many studies have used a uniform added mass coefficient for all of the SG tubes during the FIV analysis. The purpose of this study is to find out the added mass coefficients for each tube in a cylindrical shell. When a number of tubes are increased, added mass coefficients are also increased. And added mass coefficients at outermost tubes are less than those of inside tubes. According to gap changes between outermost tube and cylindrical shell, added mass coefficients are decreased with increasing the gap. When the gap has very large value, it shows that the added mass coefficient is asymptotically converged to the value of the tube array in a free fluid field.
The motion response of floating structures should be adequately low to permit the operation of rigid risers along with dry well heads. Though Spar platforms have low heave responses under lower sea state, could become unacceptable in near resonance region of wave periods. Hence the hydrodynamic response, heave in particular, must be examined to ensure that it is minimized. To reduce heave motions, external damping devices are introduced and one such effective damping device is heave plate. Addition of heave plate can provide additional viscous damping and additional added mass in the heave direction which influence the heave motion. The present study focuses on the influence of heave plate on the hydrodynamic responses of Classic Spar in regular waves. The experimental investigation has been carried out on a 1:100 scale model of Spar with single and double heave plates in regular waves. Numerical investigation has been carried out to derive the hydrodynamic responses using ANSYS AQWA. The experimental results were compared with those obtained from numerical simulation and found to be in good agreement. The influence of disk diameter ratio, wave steepness, pretension in the mooring line and relative spacing between the plates on the hydrodynamic responses of Spar are evaluated and presented.
In solid-liquid two phase flow, the knowledge of how descending solid particles affected by the presence of downstream wall is important. This work studies at what interstitial distance the velocity of a vertically descending sphere is affected by a downstream wall as a consequence of wall-modified hydrodynamic forces through a validated dynamic model. This interstitial distance-the hydrodynamic coupling distance ${\delta}_c-is$ found to decay monotonically with the approach Stokes number St which compares the particle inertia to viscous drag characterized by the quasi-steady Stokes' drag. The scaling relation ${\delta}_c-St-1$ decays monotonically as literature below the value of St equal to 10. However, the faster diminishing rate is found above the threshold value from St=10-40. Furthermore, an empirical relation of ${\delta}_c-St$ shows dependence on the drop height which clearly indicates the non-negligible effect of unsteady hydrodynamic force components, namely the added mass force and the history force. Finally, we attempt a fitting relation which embedded the particle acceleration effect in the dependence of fitting constants on the diameter-scaled drop height.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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