The impact of spar-nacelle-blade coupling on edgewise dynamic responses of spar-type floating wind turbines (S-FOWT) is investigated in this paper. Currently, this coupling is not considered explicitly by researchers. First of all, a coupled model of edgewise vibration of the S-FOWT considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar and mooring system, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force is proposed. The aerodynamic loads are combined of a steady wind (including the wind shear) and turbulence. Each blade is modeled as a cantilever beam vibrating in its fundamental mode. The mooring cables are modeled using an extended quasi-static method. The hydrodynamic effects calculated by using Morison's equation and strip theory consist of added mass, fluid inertia and viscous drag forces. The random sea state is simulated by superimposing a number of linear regular waves. The model shows that the vibration of the blades, nacelle, tower, and spar are coupled in all degrees of freedom and in all inertial, dissipative and elastic components. An uncoupled model of the S-FOWT is then formulated in which the blades and the nacelle are not coupled with the spar vibration. A 5MW S-FOWT is analyzed by using the two proposed models. In the no-wave sea, the coupling is found to contribute to spar responses only. When the wave loading is considered, the coupling is significant for the responses of both the nacelle and the spar.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.13
no.4
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pp.19-24
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1976
Some method of analysis of rectangular plates under distributed load of various intensity with all edges built in are presented in. Analysis of many structures such as bottom, side shell, and deck plate of ship hull, and flat slab, deck systems of bridges is a problem of plate with continuous supports or clamped edges. When the four edges of rectangular plate is simply supported, the double fourier series solution developed by Navier can represent an exact result of this problem. If two opposite edges are simply supported, Levy's method is available to give an "exact" solution. When the loading condition and boundary condition of a plate does not fall into these cases, no simple analytic method seems to be feasible. Analysis of a plate under distributed loads of various intensity with all edges built in is carried out by applying Navier solution and Levy's method as well as "Principle of Superposition" In discussing this problem we start with the solution of the problem for a simply supported rectangular plate and superpose on the deflection of such a plate the deflections of the plate by slopes distributed along the all edges. These slopes we adjust in such a manner as to satisfy the condition of no rotation at the boundary of the clamped plate. This method can be applied for the cases of plates under irregularly distributed loads of various intensity with two opposite edges simply supported and the other two edges clamped and all edges simply supported and this method can also be used to solve the influence values of deflection, moment and etc. at arbitrary position of plates under the live load.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.5
s.143
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pp.479-486
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2005
The final goal of shift alignment design is that the bearing reaction forces or mean pressures are within design boundaries for various service conditions of a ship. However, it is found that calculated bearing load can be substantially variable according to the locations of the effective support points of after sterntube bearing which are determined by simple calculation or assumption suggested by classification societies. A new analysis method for shaft alignment calculation is introduced in order to resolve these problems. Key concept of the new method is featured by adopting both nonlinear elastic and multi-support elements to simulate a bearing support Hertz contact theory is basically applied for nonlinear elastic stiffness calculation instead of the projected area method suggested by most of classification societies. Three loading conditions according to the bearing offset and the hydrodynamic moment and twelve models according to the locations of the effective support points of sterntube bearings are prepared to carry out quantitative verifications for an actual shafting system of 8000 TEU class container vessel. It is found that there is relatively large difference between assumed and calculated effective support points.
In this paper, feasibility study was carried out to evaluate necessity of seismic design of earth retaining structures in a deep excavation. Dynamic behavior of retaining system was analyzed using FLAC, a finite difference analysis program. It was shown that maximum bending moments of retaining walls and axial forces of supports were increased up to 98% and 87% during earthquake, respectively, compared to final excavation step, which indicates that dynamic earth pressure has a large effect on a retaining system. The stability of retaining system designed according to current design specifications was evaluated using structural forces obtained by numerical analysis, and effect of earthquake loading on structural design was analyzed.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.23
no.7
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pp.933-940
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2017
Draught and trim conditions are highly related to the loading condition of a vessel and are important factors in predicting ship manoeuverability. This paper estimates hydrodynamic coefficients from sea trial measurements with three different trim and draught conditions. A mathematical optimization method for system identification was applied to estimate the forces and moment acting on the hull. Also, fast time simulation software based on the Rheinmetall Defense model was applied to the whole estimation process, and a 4,500 Twenty-foot Equivalent Unit (TEU) class container carrier was chosen to collect sets of measurement data. Simulation results using both optimized coefficients and newly-calculated coefficients for validation agreed well with benchmark data. The results show mathematical optimization using sea measurement data enables hydrodynamic coefficients to be estimated more simply.
The Half-depth precast deck is a structural system that utilizes pre-cast panels pre-built at the factory as formwork at the construction stage and as a major structural member at the same time after completion. These systems have joints between segments, and the detail and performance of the joints are factors that have a very large impact on the quality, such as the constructability and durability of the bridge decks. In this study, strength performance evaluation was performed for improved joints using connecting rebar by experimental method. Static loading tests were conducted on the test specimen with improved joint, those with existing joint and those without joint. The test results of the specimens were compared to each other, and the flexural strength required by the design was compared. The flexural strength required in the design was presented by finite element analysis. It has been shown that the flexural strength of the specimens with joints were more than twice that required by the design. But the flexural strength of the specimen with existing joint was about 84% of that without joint. The flexural strength of the specimen with improved joints was a nearly similar degree of that compared to the specimen without joint. And a comparison of the moment-deflection relationship curves of the two specimens also shows a very similar flexural behavior. It is confirmed that improved joint has sufficient flexural strength. In addition to strength, the bridge decks require serviceability, such as deflection and cracking, and in particular, fatigue resistance due to repetitive live loads is an important performance factor. Therefore, further verification studies are required.
Farzampour, Alireza;Eatherton, Matthew R.;Mansouri, Iman;Hu, Jong Wan
Smart Structures and Systems
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v.23
no.4
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pp.329-335
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2019
Structural fuses are made up from oriented steel plates to be used to resist seismic force with shear loading resistance capabilities. The damage and excessive inelastic deformations are concentrated in structural fuses to avoid any issues for the rest of the surrounding elements. Recently developed fuse plates are designed with engineered cutouts leaving flexural or shear links with controlled yielding features. A promising type of link is proposed to align better bending strength along the length of the link with the demand moment diagram is a butterfly-shaped link. Previously, the design methodologies are purely based on the flexural stresses, or shear stresses only, which overestimate the dampers capability for resisting against the applied loadings. This study is specifically focused on the optimized design methodologies for commonly used butterfly-shaped dampers. Numerous studies have shown that the stresses are not uniformly distributed along the length of the dampers; hence, the design methodology and the effective implementation of the steel need revisions and improvements. In this study, the effect of shear and flexural stresses on the behavior of butterfly-shaped links are computationally investigated. The mathematical models based on von-Mises yielding criteria are initially developed and the optimized design methodology is proposed based on the yielding criterion. The optimized design is refined and investigated with the aid of computational investigations in the next step. The proposed design methodology meets the needs of optimized design concepts for butterfly-shaped dampers considering the uniform stress distribution and efficient use of steel.
Journal of the wind engineering institute of Korea
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v.22
no.4
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pp.163-169
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2018
In this study, wind loads exerted on the offshore wind turbine rotor in parked condition were predicted with variations of wind speeds, yaw angles, azimuth angle, pitch angles, and power of the atmospheric boundary layer profile. The calculated wind loads using blade element theorem were compared with those of estimated aerodynamic loads for the simplified blade shape. Wind loads for an NREL's 5 MW scaled offshore wind turbine rotor were also compared with those of NREL's FAST results for more verification. All of the 6-component wind loads including forces and moments along the three axis were represented on a non-rotating coordinate system fixed at the apex of rotor hub. The calculated wind loads are applicable for the dynamic analysis of the wind turbine system, or obtaining the over-turning moment at the foundation of support structure for wind turbine system.
This study describes the effect of ground water table on the dynamic analysis of single piles subjected to earthquake loading. The dynamic numerical analysis was performed for different dry and saturated soils with varying the relative densities of surrounding weathered soils (SM). The test soil was a weathered soil encountered in the engineering field and bender element tests were conducted to estimate the dynamic properties of test soil. The Mohr-Coulomb model and Finn model were used for soil, dry and saturated conditions, respectively. These models validated with results of centrifuge tests. When compared with the results from the soil conditions, saturated cases showed more lateral displacement and bending moment of piles than dry cases, and this difference caused from the generation of excess porewater pressure. It means that the kinematic effect of the soil decreased as the excess pore water pressure was generated, and it was changed to the inertial behavior of the pile.
Yun, Da Woon;Jeon, Bub Gyu;Chang, Sung Jin;Park, Dong Uk;Kim, Sung Wan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.1
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pp.13-22
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2022
This study proposes a low-cycle fatigue life derived from measurement points on pipe elbows, which are components that are vulnerable to seismic load in the interface piping systems of nuclear power plants that use seismic isolation systems. In order to quantitatively define limit states regarding leakage, i.e., actual failure caused by low-cycle fatigue, in-plane cyclic loading tests were performed using a sine wave of constant amplitude. The test specimens consisted of SCH40 6-inch carbon steel pipe elbows and straight pipes, and an image processing method was used to measure the nonlinear behavior of the test specimens. The leakage lines caused by low-cycle fatigue and the low-cycle fatigue curves were compared and analyzed using the relationship between the relative deformation angles, which were measured based on each of the measurement points on the straight pipe, and the moment, which was measured at the center of the pipe elbow. Damage indices based on the combination of ductility and dissipation energy at each measurement point were used to quantitatively express the time at which leakage occurs due to through-wall cracking in the pipe elbow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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