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.
Wave exciting force and moment generate the motions of a ship in waves. Since ship motion exerts the negative influences on a crew's operability, the safety of cargos, passenger's comfort, etc, the anti-rolling devices may be required to reduce such motion In this paper, the dynamics of the anti-rolling devices such as passive and active moving weight stabilizer and anti-rolling tank, and fin stabilizer are mathematically modeled While the effect of the motion of the anti-rolling device on a ship was taken into consideration in roll mode only in the past, the 6 DOF coupled equations of motion between a ship and the anti-rolling devices are constituted Finally the motion of a ship with anti-rolling devices in waves is simulated through the developed simulation program.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.4
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pp.32-42
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1990
The method using Rankine Soure distribution over the hull surface and undisturbed free surface was applied to calculate the free surface flow around a ship. The ship hull as well as a local portion of the undisturbed free surface arc geometrically represented by quadrilateral panels and the source density is determined so as to satisfy the linearized free surface condition based on the double model flow. The pressure distribution, wave resistance, wave profile and hydrodynamic sinkage force and trim moment for the Wigley hull and the Series 60 hull with $C_B=0.60$ were calculated in the fixed condition. The calculated results were compared with the measured values. The dependance of the solution on the panel arrangement, particularly on the free suraface, was also studied through 11 numerical test cases for the Wigley hull.
Vessels on anchoring are frequently dragged due to the increased area of wind pressure by enlargement of ship's size and sudden gust of winds in recent years. In the view point of the ship's navigators, the proper measurements corresponding to the dragging of anchor should be taken into account concerned about the time for the occurring of dragging by the external forces such as wind and wave, the pattern and speed of dragging and the possibility of collisions with any other vessels or obstacles. In this paper, it was examined the actual dragging anchor in T.S. HANBADA due to the wind and waves. From this case, it was found the critical external forces by which she was begun to dragged comparing the force by the wind, frictional resistance, drifting force and ship motion moment with the holding power. Also, through the analysis of the dragging pattern, it was known the alteration range of heading angle, swinging width and dragging speed etc.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.11
no.3
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pp.219-228
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2011
In this paper, the design procedure of substructure of the steel-type breakwater was described and the actual foundation design was performed for the test bed. The site investigation was executed at the Osan-port area, in Uljin, Gyeongbuk, where the steeltype detached breakwater is constructed. The foundation mainly depends on the lateral load and uplift force due to the wave force. Since the superstructure is stuck out about 9.0m from the ocean bed, the foundation must resist on the lateral force and bending moment. After considering various factors, the foundation type of this structure was determined by the steel pipe pile(${\varphi}711{\times}t12mm$). On the stability of pile foundation, the safety factors of the pile on the compressive, lateral and uplift forces were grater than the minimum factor of safety. The displacements of pile under the working load were evaluated as the values below the permissible ones. Based on the subgrade reaction method, we evaluated the relationship of subgrade reaction and displacement for the lateral and the vertical directions in the layers. The structural analyses along with the foundation were perfomed and the effect of pile foundations were compared quantitatively.
Park, Kwang-Phil;Cha, Ju-Hwan;Ku, Namkug;Jo, A-Ra;Lee, Kyu-Yeul
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.12
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pp.1489-1495
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2012
In this study, we perform the structural analysis of a floating offshore wind turbine tower by considering the dynamic response of the floating platform. A multibody system consisting of three blades, a hub, a nacelle, the platform, and the tower is used to model the floating wind turbine. The blades and the tower are modeled as flexible bodies using three-dimensional beam elements. The aerodynamic force on the blades is calculated by the Blade Element Momentum (BEM) theory with hub rotation. The hydrostatic, hydrodynamic, and mooring forces are considered for the platform. The structural dynamic responses of the tower are simulated by numerically solving the equations of motion. From the simulation results, the time history of the internal forces at the nodes, such as the bending moment and stress, are obtained. In conclusion, the internal forces are compared with those obtained from static analysis to assess the effects of wave loads on the structural stability of the tower.
According to the recent reports the bulk bcc Rh is ferromagnetic with a small difference of energy compared to paramagnetic state. In this study, the electronic structure and magnetism for bcc Rh(001) surface are investigated by means of the all-electron full potential linearized augmented plane wave method within the generalized gradient approximation. It is found that the surface ferromagnetic state is preferable over the paramagnetic one. For unrelaxed system, the magnetic moment of the surface layer, $0.48{\mu}B$, is slightly increased comparing with the bulk value, $0.41{\mu}B$ while the value of the subsurface layer, $0.23{\mu}B$, is much smaller than the bulk value. The total energy and atomic force calculations show that the surface layer is relaxed downward and the subsurface layer moves upward to reduce the layer distance between the surface and subsurface layers by 7.0 %. The relaxation effect leads to weakening the surface magnetic properties. Specifically, the value of the magnetic moment of the surface atom is decreased to $0.36{\mu}B$. Since the spin polarization of the subsurface layer is only $0.14{\mu}B$, it is concluded that the bcc Rh(001) surface is rather weakly ferromagnetic.
Jung, Sungmoon;Kim, Sung-Ryul;Lee, Juhyung;Le, Chi Hung
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.13
no.4
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pp.21-31
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2014
Recently, the research on renewable energy against depletion of fossil fuel have been actively carried out in the world. Especially, offshore wind turbines are very economical and innovative technology. However, offshore wind turbines experience large base moments due to the wind and wave loading, so the monopile with large diameter needs to be applied. For the economical design of the large diameter pile, it is important to consider the flexibility of the foundation to estimate the maximum moment accurately, based on studies conducted so far. In this paper, the foundation was modeled using the finite element method in order to better describe the large diameter effect of a monopile and the results were compared with those of p-y method. For the examples studied in this paper, the change in maximum moment was insignificant, but the maximum tilt angle from the finite element method was over 14% larger than that of p-y method. Therefore, the finite element approach is recommended to model the flexibility effect of the pile when large tilt angles may cause serviceability issues.
Three dimensional crustal structure and source features of earthquake hypocenters on the Korean peninsula were investigated using P and S-wave travel time tomography. The main goal of this research was to find Vp/Vs anomalies at earthquake hypocenters as well as those of crustal structure of basins and deep tectonic settings. This allowed fer the extrapolation of more detailed seismotectonic force from the Korean peninsula. The earthquake hypocenters were found to have high Vp/Vs ratio discrepancies (VRD) at the vertical sections. High V/p/Vs ratios were also found in the sedimentary basins and beneath the Chugaryong Rift Zone (CRZ), which was due to mantle plume that subsequently solidified with many fractures and faults which were saturated with connate water. The hypocenters of most earthquakes were found in the upper crust for Youngwol (YE), Kyongju (KE), Hongsung (HE), Kaesong (KSE), Daekwan (DKE), and Daehung (DHE) earthquakes, but near the subcrust or the Moho Discontinuity for Mt. Songni (SE), Sariwon (SRE) and Mt. Jiri (JE) earthquakes. Especially, we found hot springs of the Daekwan, Daehung and Unsan regions coincide with high VRD. Also, this cannot rule out the possibility that there are some partial meltings in the subcrust of this region. High VRD might indicate that many faults and fractures with connate water were dehydrated when earthquakes took place, reducing shear modulus in the hypocenter areas. This is can be explained by due to the fact that a point source which is represented by the moment tensor that may involve changes in volume, shear fracture, and rigidity. High Vp/Vs ratio discrepancies (VRD) were also found beneath Mt. Backdu beneath 40 km, indicating that magma chamber existed beneath Mt. Backdu is reducing shear modulus of S-wave velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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