The interaction between a sloshing liquid damper (SLD) tank and a rectangular pontoon was investigated under the assumption of the linear potential theory. The eigenfunction expansion method was used not only for the sloshing problem in the SLD tank but also for analyzing the motion responses of a rectangular pontoon in waves. If the frictional damping due to the viscosity of the SLD tank was ignored, the effect of the SLD appeared to be an added mass in the coupled equation of motion. The installation of the SLD tank had a greater effect on the roll motion response than the sway and heave motion of the pontoon. One resonance peak for rolling motion showed up in the case of a frozen liquid in the SLD tank. However, if liquid motion in the SLD tank was allowed, two peaks appeared around the first natural frequency of the fluid in the SLD tank. In particular, the peak value located in the low-frequency region had a relatively large value, and the peak frequency located in the high-frequency region moved into the high-frequency region as the depth of the liquid in the tank increased.
In ocean industry, free surface type ART (Anti Roll tank) system has been widely used to suppress the roll motion of floating structures. In those, various obstacles have been devised to obtain the sufficient damping and to enhance the controllability of freely rushing water inside the tank. Most of previous researches have paid on the development of simple mathematical formula for coupled ship-ARTs analysis although other numerical and experimental approaches exist. Little attention has been focused on the use of 3D panel method for preliminary design of free surface type ART despite its advantages in computational time and general capacity for hydrodynamic damping estimation. This study aims at developing a potential theory based hydrodynamic code for the analysis of floating structure with baffled ARTs. The sloshing in baffled tanks is modeled through the linear potential theory with FE discretization and it coupled with hydrodynamic equations of floating structures discretized by BEM and FEM, resulting in direct coupled FE-BE formulation. The general capacity of proposed formulation is emphasized through the coupled hydrodynamic analysis of floating structure and sloshing inside baffled ARTs. In addition, the numerical methods for natural sloshing frequency tuning and estimation of hydrodynamic damping ratio of liquid sloshing in baffled tanks undergoing wave exiting loads are developed through the proposed formulation. In numerical examples, effects of natural frequency tuning and baffle ratios on the maximum and significant roll motions are investigated.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.5
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pp.545-565
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2018
A numerical code is developed based on potential flow theory to investigate nonlinear sloshing in rectangular Liquefied Natural Gas (LNG) tanks under forced excitation. Using this code, internal free-surface elevation and sloshing loads on liquid tanks can be obtained both in time domain and frequency domain. In the mathematical model, acceleration potential is solved in the calculation of pressure on tanks and the artificial damping model is adopted to account for energy dissipation during sloshing. The Boundary Element Method (BEM) is used to solve boundary value problems of both velocity potential and acceleration potential. Numerical calculation results are compared with published results to determine the efficiency and accuracy of the numerical code. Sloshing properties in partially filled rectangular and membrane tank under translational and rotational excitations are investigated. It is found that sloshing under horizontal and rotational excitations share similar properties. The first resonant mode and excitation frequency are the dominant response frequencies. Resonant sloshing will be excited when vertical excitation lies in the instability region. For liquid tank under rotational excitation, sloshing responses including amplitude and phase are sensitive to the location of the center of rotation. Moreover, experimental tests were conducted to analyze viscous effects on sloshing and to validate the feasibility of artificial damping models. The results show that the artificial damping model with modifying wall boundary conditions has better applicability in simulating sloshing under different fill levels and excitations.
Based on the fully nonlinear velocity potential theory, the liquid sloshing in a three dimensional tank under random excitation is studied. The governing Laplace equation with fully nonlinear boundary conditions on the moving free surface is solved using the indirect desingularized boundary integral equation method (DBIEM). The fourth-order predictor-corrector Adams-Bashforth-Moulton scheme (ABM4) and mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) method are used for the time-stepping integration of the free surface boundary conditions. A smoothing scheme, B-spline curve, is applied to both the longitudinal and transverse directions of the tank to eliminate the possible saw-tooth instabilities. When the tank is undergoing one dimensional regular motion of small amplitude, the calculated results are found to be in very good agreement with linear analytical solution. In the simulation, the normal standing waves, travelling waves and bores are observed. The extensive calculation has been made for the tank undergoing specified random oscillation. The nonlinear effect of random sloshing wave is studied and the effect of peak frequency used for the generation of random oscillation is investigated. It is found that, even as the peak value of spectrum for oscillation becomes smaller, the maximum wave elevation on the side wall becomes bigger when the peak frequency is closer to the natural frequency.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.2
no.2
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pp.34-39
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2015
Experimental studies were conducted on the liquid sloshing characteristics in a spherical tank covered with a flexible membrane. A spherical acrylic tank with 145.2 mm in radius was used as a test tank, and it was half-filled with water. Silicon membranes with 0.2 mm thickness were used as a test membrane with plane or hemispherical types. The test tank was harmonically excited in a vertical direction by an electro-dynamic exciter. In this case, a parametric instability vibration comes up when the excitation frequency is twice the natural frequency. Parametric instability regions of natural modes were measured for three cases, i.e. liquid surface is free, covered with plane membrane and hemi-spherical membrane.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.4
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pp.27-37
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1998
The sloshing is very important in a safe transport of the liquid cargo by a ship. With the increasing number of supertanker and LNG carriers, this problem has become increasingly more important. In order to study the magnitude and characteristics of impact pressures due to sloshing, experiments ware performed with a rectangular tank and compared with numerical results. Structural responses of tank wall under impulsive pressures were measured. Structural vibrations induced by the sloshing load were analysed by including hydroelastic erects in terms of added mass and damping. To check the validity of the numerical model, the natural frequencies of plate in air and water were compared with measurements, and a good agreement was found. In the case that a plate vibrates under impulsive loads, the pressure on the flexible plate is larger than that on the rigid plate without hydroelastic effects, which was confirmed experimentally. The frequency of oscillatory pressure as well as accel%pion coincides with the natural frequency of plate in water.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.619-628
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2002
This paper deals with the FE analysis for the free vibration of sloshing in horizontal cylindrical tank with baffles. We use Laplace equation based on potential theory as governing equation. This problem is solved by FEM using lineal isoparametric elements. We assume that the tank as well as baffles is rigid body and by separating nodes into two at the baffle location, baffle effect is obtained by separating nodes into two at the baffle location. For the calculation of natural frequencies and mode shapes, we introduce Lanczos transformation and Jacobi iteration methods. Numerical results of the first longitudinal and transverse modes, while comparing with literature cited, are very good. In order for the baffle effects on the free vibration of sloshing, various combinations of baffle parameters, which are location, inner diameter and number, are examined.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.6
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pp.796-802
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2018
The effects of inner liquid sloshing on vessel motions are a well-known factor. It was investigated experimentally and numerically. In this regard, the study of many efforts to reduce natural phenomena of vessel motions by adopting special devices especially for roll motions. Among many devices, inserting baffles in the inner liquid tank is very common. In this study, one investigated the vessel motions with inner sloshing tanks with baffles inside. For the numerical simulation, one employed a dynamically coupled program between boundary-element-method-based vessel motion analysis program and a particle-based computational fluid dynamics program. Comparing corresponding experimental results validated the dynamically coupled program. The validated coupled program was used to simulate vessel motions, including sloshing effects with various lengths of inner baffles. The simulation results show that not only the filling ratio of inner liquid, but also the length of clearance due to baffles influenced the vessel motions. The significant point of this study was that the natural frequency of vessel motions can be maintained irrespective of the amount of filling ratio through adjustment of the clearance. In a future study, the effects of various numbers of baffles with various clearances would be conducted to percuss the possibility of vessel motion control with inner liquid sloshing effects.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.653-658
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2008
LCVA has an advantage that its natural frequency can be easily controlled by changing the area ratio of the vertical column and horizontal part. The previous studies investigated the dynamic characteristics of the LCVA under harmonic load. This study experimentally obtained the first and second mode natural frequencies of the LCVA from shaking table tests using white noise and compared the values with the ones by previous study. Test results show that the measured first mode natural frequency of the LCVA has a different value compared with calculated one. The effective length($L_e$) was revised using by power equation. In the Case01 to 19, the standard deviation($s_r$) is 4.7292 and the coefficient of correlation(r) is 0.9856. In the Case21 to 61, the standard deviation ($s_r$) is 14.2143 and the coefficient of correlation(r) is 0.9935. The second mode frequency increases with the increasing area ratio, which is due to the sloshing motion effect resulting from the large area of the vertical column.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.2
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pp.119-126
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2009
LCVA has an advantage that its natural frequency can be easily controlled by changing the area ratio of the vertical column and horizontal part. The previous studies investigated the dynamic characteristics of the LCVA under harmonic load. This study experimentally obtained the first and second mode natural frequencies of the LCVA from shaking table tests using white noise and compared the values with the ones by previous study. Test results show that the measured first mode natural frequency of the LCVA has a different value compared with calculated one. The effective length($L_e$) was revised using by power equation. In the case01 to 19, the standard deviation($S_r$) is 4.7292 and the coefficient of correlation(r) is 0.9856. In the case21 to 61, the standard deviation($S_r$) is 14.2143 and the coefficient of correlation(r) is 0.9935. The second mode frequency increases with the increasing area ratio, which is due to the sloshing motion effect resulting from the large area of the vertical column.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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