In this paper various methods of determining of wave loads acting ofshore structures including impact load due to breaking wave are studied and corresponding model test was performed. In the theoretical approach wave load by nonbreaking wave and impact load by breaking wave is determined by Morrison's equation Goda's equation and impact wave equation, In the experimental approach wave load by nonbreaking wave acting on cylindrical pile used in offshore structures is determined by measuring the strain on a cylindrical pile and compared with theoretical calue. in the numerical approach impact load by breaking wave acting on a modeled cylindrical pile is calculated by usign ANSYS FEM program and compared with theoretical value. It is found that the experimental and numerical results are comparable to theoretical results, Thus the determination of wave load acting on offshore structures can be obtained by a proposed methods and it acceptable.
In harsh environments, an floating production storage and offloading (FPSO) is occasionally damaged by impact loads, such as bow flare slamming and green water. This study conducted an impact load measurement experiment on a model of an FPSO bow in a 2D wave tank. Three types of frequency-focused waves (steep, spilling, and plunging) were generated, and the speed and slope of the waves were measured. Seven wave probes were placed in a row, and the wave elevation was measured to determine the speed and slope of the waves. In addition, the side of the 2D wave tank was photographed with a high-speed camera. The speed and slope of the waves obtained from the wave probe array agreed well with those obtained from the photographs taken using a high-speed camera. In the case of a steep wave, wave runup occurred at the bow before the wave reached the bow of the FPSO, so no impact load was generated, and only hydrostatic pressure was measured. Impact loads were generated in the spilling and plunging waves, and the magnitude of impact loads using the Von Karman's estimation formula and the impact loads measured in model tests showed similar values.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.2
no.2
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pp.5-10
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2001
This paper attempt to explore the shape of stress wave propagation of 3-dimensional stress field which in made in the process of the time increment. A finite element program about 3-dimensional stress wave propagation is developed for investigating the changing shape of the stress by the impact load. The finite element program, which is the solution for the 3-dimensional stress wave analysis, based on Galerkin and Newmark-${\beta}$ method at time increment step. The tensile stress and compressive stress become larger with the order of the middle , the upper and the opposite layers when the impact load is applied. In a while the shear stress become larger according to the order of the upper, the middle and the opposite layers when impact load applied.
Response of harbor structure to environmental loads such as wave load, impact load, ship's contacting load, is a fundamental factor in designing of the structure's optimal configuration. In this paper, typical environmental loads against coastal structures are investigated for designing of the optimal harbor structure. Loads to be considered here are wave load, impact load and contacting load due to ship mooring. Statistical analysis for several harbor structure types under the corresponding loads is carried out, followed by investigation of effect of individual environmental load. Based on these, the optimal configuration for the harbor structure is obtained after considerable engineering process. Estimation of contacting load of the ship is suggested using effective energy concepts for the load, and analysis of structural behavior is done for the optimal designing of the structure in the particular load. A guideline for the design process of the harbor structure is established, and safety of the structure is examined by proposed scheme. For verification of the analytical approach, various steel-piled coastal structures and caissons are chosen and relevant structural analyses are carried out using the Finite Element Methods combined with MIDAS/GTS and ANSYS code. It is found using the Morison equation that impact load cannot be a major load in the typical harbor structure compared with the original wave load, and that configuration shape of the structure may play an important role in consideration of the response criteria.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.773-777
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1995
This thesis attempt to explore the shape of stress wave propagation of 3-dimensional stress field which is made in the process of time increment. A finite element code about 3-dimensional stress wave propagation is developed for investigating the changing shape of the fracture by the impact load. The Finite Element Code, which is the solution for the 3-dimensional stress wave analysis, based on Galerkins and Newmark- .betha. method at time increment step. The tensile stress and compressive stress become larger with the order of the middle, the upper and the opposite layers when the impact load is applied. In a while the shear stress become larger according to the order of the upper, the middle and the opposite layers when impact load applied.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.1
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pp.1-10
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2017
Various offshore structures such as FPSO, FSO, Semi-submersible, TLP and Spar are operated to develop offshore oil and gas fields. Most of the offshore structures shall be operated over 20 years under the harsh environments at sites so that the offshore structures should be designed to endure the harsh environments. In this study, the effect of the impact load (so called slapping load) by the steep waves acting on the FPSO bow is investigated through the model test. For measurement of the impact pressures on the frontal area, a bow-shaped panel was fabricated, and installed the pressure sensors on the bow starboard side of the model FPSO. During the model test campaign, the impact load was investigated using the steep waves with $Hs/{\lambda}$ greater than 1/16 of the representative wave condition. Consequently, it is confirmed through the model test that the impact loads acting on the FPSO bow are significantly increased with the steep waves ($Hs/{\lambda}$ > 1/16) than the representative wave conditions of a maximum significant wave height and a pitch forcing period. Therefore, for safe design of North Sea FPSO, it is necessary to consider the steep waves in addition to the representative wave conditions and to be applied as proper structural load. Also, the effect of random seeds in irregular waves should be considered to build the safe FPSO.
Structural stress under shock or impact load is varied with the lapse of time and the structural stress is called stress wave. Propagating longitudinal stress wave is studied in a 2-dimensional plate. A finite element program for elastic stress wave propagation is developed in order to investigate the shape of stress field at time increment. The longitudinal stress wave is generated by unit step function. According to the finite element analysis results, the longitudinal stress wave propagates to the similar direction of impact load and the front of stress wave propagates with the same speed as analytic solution and the shape of stress field is similar to that of analytic solution. The shear wave is occurred after the longitudinal stress wave and declined at an angle of 45 degrees compared with longitudinal stress wave and the speed of shear wave is about a half of the longitudinal stress wave. The intensity of shear wave is larger than that of longitudinal stress wave.
Lee, Kangsu;Ha, Yoon-Jin;Nam, Bo Woo;Kim, Kyong-Hwan;Hong, Sa Young
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.5
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pp.287-296
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2020
The wave-impact load on offshore structures can be divided into green-water and wave-slamming impact loads. These wave impact loads are known to have strong nonlinear characteristics. Although the wave impact loads are dealt with in the current classification rules in the shipping industry, their strong nonlinear characteristics are not considered in detail. Therefore, to investigate these characteristics, wave-impact loads induced by a breaking wave on a circular cylinder were analyzed. A model test was carried out to measure the wave-impact loads due to breaking waves in a two-dimensional (2D) wave tank. To generate a breaking wave, the focusing wave method was applied. A series of 2D tank tests under a horizontal wave impact was carried out to investigate the structural responses of the cylindrical structure, which were obtained from the measured model test data. According to the results, we proposed a structural damage-estimation procedure of an offshore tubular member due to a wave impact load. Furthermore, a recommended wave-impact load is suggested that considers the minimum required thickness of each member. From the experimental results, we found that the required minimum thickness is dependent on the impact pressure located in a three-dimensional space on the surface of a tubular member.
This study aims to present a three dimensional finite element model to investigate the wave propagation in a concrete filled steel tubular column (CFSC) due to transient impact load. Both the concrete and steel are regarded as linear elastic material. The impact load is simulated by a semi sinusoidal impulse. Besides the CFSC models, a concrete column (CC) model is established for comparing under the same loading condition. The propagation characteristics of the transient waves in CFSC are analyzed in detail. The results show that at the intial stage of the wave propagation, the velocity waves in CFSC are almost the same as those in CC before they arrive at the steel tube. When the waves reach the column side, the velocity responses of CFSC are different from those of CC and the difference is more and more obvious as the waves travel down along the column shaft. The travel distance of the wave front in CFSC is farther than that in CC at the same time. For different wave speeds in steel and concrete material, the wave front in CFSC presents an arch shape, the apex of which locates at the center of the column. Differently, the wave front in CC presents a plane surface. Three dimensional effects on top of CFSC are obvious, therefore, the peak value and arrival time of incident wave crests have great difference at different locations in the radial direction. High-frequency waves on the waveforms are observed. The time difference between incident and reflected wave peaks decreases significantly with r/R when r/R < 0.6, however, it almost keeps constant when $r/R{\geq}0.6$. The time duration between incident and reflected waves calculated by 3D FEM is approximately equal to that calculated by 1D wave theory when r/R is about 2/3.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.36
no.4
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pp.87-94
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1999
Empirical design is still used to avoid a structural damage because impact phenomenon and structural behaviour due to wave impact load can not examined accurately. The damage due to wave impact load is largely affected by impact pressure impulse and impact load area. The objective of this study is, as the second step, to develop an efficient scantling program of bow flare structure, and to predict its impact load area by comparing maximum dented deformations at center of idealized panel structure model of bow flare structure of 300k DWT VLCC using LS/DYNA3D code, which will be used for its verification of dynamic structural analysis, as the next step. Through this study, the impact load area was estimated as $1.5s{\times}1.5s$ stiffener space(s) in the case of panel with stiffeners and as $2.5s{\times}2.5s$, with stringers, under impact pressure curve with peak height 6.5MPa, tail height 1.0MPa, and duration time 5.0msec.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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