Khabakhpasheva, Tatyana;Chen, Yang;Korobkin, Alexander;Maki, Kevin
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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v.4
no.4
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pp.146-162
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2018
The unsteady problem of a rigid body impact onto a floating plate is studied. Both the plate and the water are at rest before impact. The plate motion is caused by the impact force transmitted to the plate through an elastic layer with viscous damping on the top of the plate. The hydrodynamic force is calculated by using the second-order model of plate impact by Iafrati and Korobkin (2011). The present study is concerned with the deceleration experienced by a rigid body during its collision with a floating object. The problem is studied also by a fully-nonlinear computational-fluid-dynamics method. The elastic layer is treated with a moving body-fitted grid, the impacting body with an immersed boundary method, and a discrete-element method is used for the contact-force model. The presence of the elastic layer between the impacting bod- ies may lead to multiple bouncing of them, if the bodies are relatively light, before their interaction is settled and they continue to penetrate together into the water. The present study is motivated by ship slamming in icy waters, and by the effect of ice conditions on conventional free-fall lifeboats.
Bakica, Andro;Vladimir, Nikola;Jasak, Hrvoje;Kim, Eun Soo
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.804-816
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2021
This paper investigates the effect of different flow models on the Pre-Swirl-Stator structural response from the perspective of a non-existing unified design procedure. Due to viscous effects near the propeller plane, the hydrodynamic solution is calculated by Computational Fluid Dynamics (CFD). Three different models are analysed: without the propeller, with the actuator disk and with the propeller. The main intention of this paper is to clarify the effects of the propeller model on the structural stresses in calm-water and waves which include the ship motion. CFD simulations are performed by means of OpenFOAM, while the structural response is calculated by means of the Finite Element Method (FEM) solver NASTRAN. Calm-water results have shown the inclusion of the propeller necessary from the design perspective, while the wave simulations have shown negligible propeller influence on the resulting stresses arising from the ship motions.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.22
no.2
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pp.35-48
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1985
The present work develops a method of evaluating thrust deduction and wake for different loads of the propeller using the concerted application of the theoretical tools and experimental techniques. It also shows the applicability of the new method to the design of optimum hull form. Firstly, the problem of hull-propeller interaction was analyzed in terms of inviscid as well as viscous components of the thrust deduction and wake. The wavemaking resistance of a hull and propeller were mathematically represented by sources on the hull surface and sink on the propeller plane, respectively. The strength of sink was determined by utilizing the radial distributions of propeller load and nominal wake. The resistance increment due to a propeller and the axial perturbation flow induced by the hull in the propeller plane were calculated. Especially, the inviscid component of the thrust deduction was calculated by subtraction the wavemaking resistance of a bare hull, the wavemaking resistance of a free-running propeller and the augmentation of propeller resistance due to hull action from the wavemaking resistance of the hull with a propeller. The viscous components of the thrust deduction and wake were estimated as functions of propeller load which were established by the propeller load varying test after deduction the calculated inviscid components. Secondly, an analysis method of powering performance was developed based on the potential theory and the propeller load varying test. The hybrid method estimates the thrust deduction, wake and propeller open-water efficiency for different propeller load. This method can be utilized in the analysis of powering performance for the propeller load variation such as the added resistance due to hull surface roughness, the added resistance due to wind, etc. Finally, the hybrid method was applied to the optimum design of hull form. A series of afterbody shapes was obtained by systematically varying the waterplane and section shapes of a parent afterbody without changing the principal dimensions, block coefficient and prismatic coefficient. From the comparison of the predicted results such as wavemaking resistance, thrust deduction, wake and delivered power, an optimum hull form was obtained. The delivered power of the optimized hull form was reduced by 5.7% which was confirmed by model tests. Also the predicted delivered power by the hybrid method shows fairly good agreement with the test result. It is therefore considered that the new analysis method of powering performance can be utilized as a practical tool for the design of optimum hull form as for the analysis of powering performance for the propeller load variation in the preliminary design stage.
Kim, Hyun Hwan;Mithil, Mazumder;Lee, Moon Sup;Lee, Soon Jae
International Journal of Highway Engineering
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v.18
no.6
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pp.41-50
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2016
OBJECTIVES : In this study, microstructural components of crumb rubber modified asphalt (CRMA) binder were investigated using environmental scanning electron microscope (ESEM). To clearly understand the elemental composition of the CRMA binder, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) was employed on the ESEM samples. METHODS : CRMA binders were produced using open blade mixers at $177^{\circ}C$ for 30 min. The binders were artificially aged through a series of accelerated aging processes. Sample preparation was done by making a mold shape on the glass slide. Thereafter, the morphology of the CRMA binder was observed using the ESEM coupled with the EDX. RESULTS : The images captured from the ESEM indicate that the unaged CRMA binder appears to have a single-phase continuous nonuniform structure after the addition of crumb rubber particles, whereas the artificially aged CRMA binder was observed to have two different phases. ESEM coupled with EDX shows detailed internal structure of the modified binders compared to other technologies (i.e., optical microscopy, atomic force microscopy, and conventional scanning electron microscope). CONCLUSIONS : The captured images resemble the internal structures such as the viscous properties of the unaged CRMA binder and the interaction between the rubber particles and the base binder at aged condition. ESEM is a powerful instrument and with the introduction of EDX, it provided more details of the network microstructure of the asphalt binder. ESEM coupled with EDX is recommended for use in future investigation of microstructure of asphalt binders.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.9
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pp.1262-1272
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2003
A two-dimensional direct numerical simulation is performed to investigate the dynamic behaviors of a single vortex in counter reacting and non-reacting flow field. A predictor-corrector-type numerical scheme with a low Mach number approximation is used in this simulation. A 16-step augmented reduced mechanism is adopted to treat the chemical reaction. The budget of the vorticity transport equation is examined to reveal a mechanism leading to the formation, destruction and transport of a single vortex according to the direction of vortex generation in reacting and non-reacting flows. The results show that air-side vortex has more larger strength than that of fuel-side vortex in both non-reacting and reacting flows. In reacting flow, the vortex is more dissipated than that in non-reacting flow as the vortex approach the flame. The total circulation in reacting flow, however, is larger than that in non-reacting flow because the convection transport of vorticity becomes much large by the increased velocity near the flame region. It is also found that the stretching and the convection terms mainly generate vorticity in non-reacting and reacting flows. The baroclinic torque term generates vorticity, while the viscous and the volumetric expansion terms attenuate vorticity in reacting flow. Furthermore, the contribution of volumetric expansion term on total circulation for air-side vortex is much larger than that of fuel-side vortex. It is also estimated that the difference of total circulation near stagnation plane according to the direction of vortex generation mainly attributes to the convection term.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.10
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pp.805-815
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2015
The present study numerically investigated two-dimensional dielectrophoretic motions of a pair of particles suspended freely in a viscous fluid, interacting with a nearby nonconducting planar wall, under an external uniform electric field. The results show that the motions depend strongly on the set of two electric conductivity signs and the particles-wall separation gap. When both particles have the same sign, they revolve and finally align parallel to the electric field. In contrast, with different signs, they revolve in the opposite direction and finally align perpendicular to the field. Simultaneously, they are repelled to move farther away from the wall regardless of their conductivity set. With further separation from the wall, the particles-wall interaction effect diminishes and tthe particle-particle effect dominates.
The finite element technique incorporatating infinite elements is applied to analyzing the general three dimensional wave-structure interaction problems within the limits of linear wave theory. The hydrodynamic forces are assumed to be inertially dominated, and viscous effects are neglected. In order to analyze the corresponding boundary value problems efficiently, two types of elements are developed. One is the infinite element for modeling the radiation condition at infinity, and the other is the fictitious bottom boundary element for the case of deep water. To validate those elements, numerical analyses are performed for several floating structures. Comparisons with the results by using other available solution methods show that the present method incorporating the infinite and the fictitious bottom boundary elements gives good results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.6
s.144
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pp.619-630
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2005
A two-frame PIV (Particle Image Velocimetry) technique is used to investigate the wake characteristics behind a marine propeller with 4 blades at high Reynolds number. For each of 9 different blade phases from $ 0^{\circ} $ to $ 80^{\circ} $, one hundred and fifty instantaneous velocity fields are measured. They are ensemble averaged to study the spatial evolution of the propeller wake in the region ranging from the trailing edge to one propeller diameter (D) downstream location. The phase-averaged mean velocity shows that the trailing vorticity is related to radial velocity jump, and the viscous wake is affected by boundary layers developed on the blade surfaces and centrifugal force. Both Galilean decomposition method and vortex identification method using swirling strength calculation are very useful for the study of vortex behaviors En the propeller wake legion. The slipstream contraction occurs in the near-wake region up to about X/D : 0.53 downstream. Thereafter, unstable oscillation occurs because of the reduction of interaction between the tip vortex and the wake sheet behind the maximum contraction point.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.1
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pp.1-11
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2020
Behaviors of wake vortices generated by an aircraft affect the performance and flight stability of flying aircraft in formation flight. In the present study, the trajectories of the wake vortices behind airplanes in close formation flight were computed using a Fourier spectral method. The behavior of wake vortices showed complex patterns depending on the initial circulation and the relative positions between the vortices. In the initial stage, the wake vortex movement was affected by the nascent vortex. When the vortex becomes closer to the other vortex, then a new trajectory is formed. When the viscous effect becomes dominant, the core radius increases. Thus, a new vortex moving near the existing vortex can have strong interaction with each other, resulting in the complicated behavior of wake vortices. In the future, the ground effect on the behavior of the wake vortices during take-off and landing will be studied.
Kim, Min-Gyu;Jung, Kwang-Hyo;Park, Sung-Boo;Lee, Gang-Nam;Park, Il-Ryong;Suh, Sung-Bu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.33
no.2
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pp.131-138
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2019
This study focused on the roll motion characteristics of a two-dimensional (2D) rectangular floating structure under regular beam sea conditions. An experiment was conducted in a 2D wave tank for a roll free decay test in calm water and the roll motion in a range of regular waves with and without heave motion to investigate the motion response and heave influence on the roll motion. A numerical study was carried out using Reynolds-averaged Navier Stokes (RANS)-based CFD simulations. A grid convergence test was conducted to accurately capture the wave condition on the free surface based on the overset mesh and wave forcing method. It was found in the roll free decay test that the numerical results agreed well with the experimental results for the natural roll period and roll damping coefficient. It was also observed that the heave motion had an impact on the roll motion, and the responses of the heave and roll motion from the CFD simulations were in reasonable agreement with those from the experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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