International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.4
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pp.1041-1063
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2014
Some results on the hydroelasticity of ultra large container ships related to the beam structural model and restoring stiffness achieved within EU FP7 Project TULCS are summarized. An advanced thin-walled girder theory based on the modified Timoshenko beam theory for flexural vibrations with analogical extension to the torsional problem, is used for formulation of the beam finite element for analysis of coupled horizontal and torsional ship hull vibrations. Special attention is paid to the contribution of transverse bulkheads to the open hull stiffness, as well as to the reduced stiffness of the relatively short engine room structure. In addition two definitions of the restoring stiffness are considered: consistent one, which includes hydrostatic and gravity properties, and unified one with geometric stiffness as structural contribution via calm water stress field. Both formulations are worked out by employing the finite element concept. Complete hydroelastic response of a ULCS is performed by coupling 1D structural model and 3D hydrodynamic model as well as for 3D structural and 3D hydrodynamic model. Also, fatigue of structural elements exposed to high stress concentration is considered.
Kim, Byounghoon;Choi, Byungki;Park, Junseok;Park, Sunggun;Ki, Hyeokgeun;Kim, Yooil
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.1
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pp.45-55
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2018
Concerns are emerging in marine industry on the additional fatigue damages induced by hydroelasticity, and large container carriers, among others, are considered to be susceptible to this hydroelastic response due to its large size, deck openings and high speed. This study focuses on the fatigue damage estimation of 9,400TEU container carrier based on the full scale measurement data via long-base strain gage installed on the ship. Some correlation analyses have been also done to check whether there was significant torsional response during the voyage. Direct cycle counting method was used to derive stress histogram and the long-term fatigue damage was estimated based upon that analyzed data. It turned out that the fatigue damage of this particular ship during the measurement period increased by more than 60% due to the hydroelastic response of the hull, and main contribution is considered to come from vertical bending mode.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.3
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pp.285-292
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2016
In this study, FE-BE direct coupling methods of 1D and 2D problems are considered for the pontoon-type floating structure and the difference of the modeling dimensions is investigated for the hydroelastic response. The modeling dimensions are defined as the 1D problem consisting 1D beam-2D fluid coupling and the 2D problem consisting 2D plate-3D fluid coupling with zero-draft assumption. For case studies, hydroelastic responses of the 1D Problem are compared to those of the 2D Problem for a wide range of aspect ratio and regular waves. It is shown that the effects of the elastic behavior are increased by decreasing the incident wavelength, whereas the effects of the rigid behavior are increased by increasing the incident wavelength. In 2D problem, the incident wave angle can be considered, and slightly more accurate results can be obtained, but the computational efficiency is lower. On the other hand, in 1D problem with plate-strip condition, the incident wave angle cannot be considered, but when the aspect ratio is large, the overall responses can be analyzed through a simplified model, and the computational efficiency can be improved.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.3
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pp.207-215
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2015
This paper deals with a theoretical method to calculate natural frequencies of a fixed-free rectangular tank partially in contact with an outer water gap. Orthogonal polynomials satisfying the boundary conditions of the tank are used as admissible functions in the Rayleigh-Ritz method. A quarter model of the liquid-coupled system is constructed and it is simplified to a line supported flat plate in contact with the liquid. The liquid displacement potential functions satisfying the Laplace equation and water boundary conditions are derived, and the finite Fourier transform is accomplished in conjunction with the compatibility requirement along the contacting interfaces between the tank and water. An eigenvalue problem is derived so that the natural frequencies of the wet rectangular tank can be extracted. The predictions from the proposed analytical method show good agreement with the finite element analysis results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.29
no.1
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pp.135-142
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1992
In the vibration analysis or submerged of floating bodies such as ship and offshore structures, the coupled system between structure and fluid satisfying the compatibility conditions on the wetted surface should be considered. It is well known that the hydroelastic analysis of structural vibration in contact with fluid can be solved by applying the finite element method to structure and the boundary element method to fluid domain. However such an approach is impractical, because fluid added mass matrix is fully coupled on whole wetted surface. To overcome this shortcoming, an efficient approach based on reanalysis scheme is proposed in this paper. The proposed method can be applied for cases with higher modes lacking 3-D reduction factor J as well as beam-like modes of marine structures. It is well known the traditional method using 2-D added mass and J-factor is good only for beam-like modes with reliable J values. The validity and the calculation efficiency of the proposed method are proved with numerical examples.
Kim, Chuel-Hyun;Lee, Chang-Ho;Lee, Seung-Chul;Goo, Ja-Sam
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.20
no.6
s.73
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pp.101-107
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2006
Recently, with the increase in requirements for marine development, a marine urbanism is being visualized, with more and more huge-scale structures at the scope of the ocean space utilization. In particular, a pontoon-type structure has attracted attention, since The Floating Structures Association of Japan proposed a new concept as the most suitable one of floating airports. The Very Lage Floating Structure (VLFS) is considered a flexible structure, for a quite large length-to-breadth ratio and its geometrical flexibility. The main objective of this study is to makean exact and convenient prediction about the hydro-elastic response on very large offshore structures in waves. The numerical approach for the hydro-elastic responses is based on the combination of the three dimensional source distribution method and the dynamic response analysis method, which assumed a dividing pontoon type structure, as many rigid bodies connected elastic beam elements. The established hydo-elastic theory was applied to the radiation forces caused by motions of a whole structure, formulated using the global coordinate system, which has the origin at the center of the structure. However, in this paper, we took radiation forces, occurred by individual motions of floating bodies, into consideration. The calculated results show good agreement with the experimental and calculated results by Yago.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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pp.557-560
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2011
In the present paper, the sloshing resistance performance of an LNG carrier insulation system is evaluated by fluid-structure interaction (FSI) analysis. For this analysis, the arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) method is adopted to accurately calculate the structural behavior induced by internal LNG motion of a KC-1 type LNG carrier cargo tank. In addition, the global-local analysis method is introduced to reduce computational time and cost. The global model is built from shell elements to reduce the sloshing analysis time. The proposed novel analysis techniques can potentially be used to evaluate the structural integrity of LNG carrier insulation systems.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.295-300
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2005
An analytical method for the hydroelastic vibration of a vessel composed of an upper annular plate and a lower circular plate is developed by the Rayleigh-Ritz method. The two plates are clamped along a rigid cylindrical vessel wall. It is assumed that the fluid bounded by a rigid cylindrical vessel is incompressible and non-viscous. The wet mode shape of the plates is assumed as a combination of the dry mode shapes of the plates. The fluid motion is described by using the fluid displacement potential and determined by using the compatibility conditions along the fluid interface with the plate. Minimizing the Rayleigh quotient based on the energy conservation gives an eigenvalue problem. It is found that the theoretical results can predict well the fluid-coupled natural frequencies comparing with the finite element analysis result.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.8
s.101
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pp.968-974
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2005
An analytical method for the hydroelastic vibration of a vessel composed of an upper annular plate and a lower circular plate is developed by the Rayleigh-Ritz method. The two plates are clamped along a rigid cylindrical vessel wall. It is assumed that the fluid bounded by a rigid cylindrical vessel is incompressible and non-viscous. The wet mode shape of the plates is assumed as a combination of the dry mode shapes of the plates. The fluid motion is described by using the fluid displacement potential and determined by using the compatibility conditions along the fluid interface with the plate. Minimizing the Rayleigh quotient based on the energy conservation gives an eigenvalue problem. It is found that the theoretical results can predict well the fluid-coupled natural frequencies comparing with the finite element analysis result.
The reliable prediction of elastic vibrations of wetted complex structures, as ships, tanks, offshore structures, propulsion components etc. represent a theoretical and numerical demanding task due to fluid-structure interaction. The paper presented is addressed to the vibration analysis by a combined FE-BE-procedure based on the added mass concept utilizing a direct boundary integral formulation of the potential fluid problem in interior and exterior domains. The discretization is realized by boundary element collocation method using conventional as well as infinite boundary element formulation with analytical integration scheme. Particular attention is devoted to modelling of interior problems with both several separate or communicating fluid domains as well as thin-walled structures wetted on both sides. To deal with this specific kind of interaction problems so-called "virtual" boundary elements in areas of cut outs are placed to satisfy the kinematical conditions in partial connected fluid domains existing in realistic tank systems. Numerical results of various theoretical and practical examples demonstrate the performance of the BE-methodology presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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