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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제2권2호
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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.
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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제9권1호
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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.
본 논문에서는 최근 관심이 증대되고 있는 충격하중에 의해 시간의 흐름에 따라 형성되는 구조물의 응력분포 양상을 유한요소 해석적으로 고찰하기 위하여 동적 응력 해석 프로그램을 개발하였다. 유한요소 해석에 의하면, 종방향 응력파는 충격하중이 작용하는 방향과 동일한 방향으로 진행하며, 응력파 선단의 속도와 모양은 이론해석에 의한 결과와 같음을 알 수 있다. 또한 종파의 진행방향에 45.deg. 방향으로 전단파가 발생하여 진행함을 알 수 있으며, 전단파의 속도는 종파의 1/2이 되고, 종파보다 전단파의 강도가 큼을 알 수 있다.
본 연구에서는 2D 조파수조를 통해 수행된 모형시험결과를 기반으로 원형실린더에 분포하는 파랑충격압력을 시간에 따라 계측하고 이를 CFD해석 결과와 비교하였다. 전산유체역학 해석을 통해 파랑충격력에 직접평가법에 관한 효용성을 확인할 수 있었고, 실험으로부터 구한 파랑충격 시계열 데이터를 그대로 원형단면을 갖는 실제 해양구조물의 부재에 적용하였다. 실린더에 분포하는 변위 및 응력의 특성과 특이점이 바뀌는 것을 확인하였고 실제 시계열을 적용하는 것이 해양구조물의 강도평가를 보다 정확하게 평가할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 선수부에 요구되는 외판의 최소선급규정에 따른 두께 경험식들을 분석하여 적용하고자 하였다. 동일한 재료 물성치를 갖는 강재에 관해 선수외판에 요구되는 구조물의 최소두께와 원형단면 부재에 요구되는 최소두께를 비교·분석하였고 이를 통해 NORSOK standard에 제시되어 있는 구조물의 손상기준을 활용하여 허용 두께치를 추정하고자 하였다. 특히 해양구조물의 갑판충격력(wave in deck)의 경우 이와 관련된 경험식이나 최소두께 요구사항들이 정립되어 있지 않기 때문에 본 연구를 통해 파랑충격력에 따라 요구되는 판재의 최소두께를 제안하고자 하였다.
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.
선수 구조부의 파랑충격현상은 대단히 복잡한 현상을 나타내고 있고 정확하게 규명하기 어렵기 때문에 아직 경험적인 설계에 의존하고 있다. 파랑충격하중에 의한 선수 구조부의 손상은 주로 충격압력역적과 파랑충격하중의 면적에 의하여 크게 영향을 받는다. 본 연구에서는 두 번째 단계로서 파랑충격하중에 대한 선수 구조부 강도의 추정을 위하여 효율적인 부재치수의 결정 프로그램을 개발하고, 파랑충격하중의 면적을 추정하고자 한다. 동적 비선형 범용 프로그램 LS/DYNA3D를 이용하여 DWT 300,000급 VLCC의 선수 구조부를 이상화된 패널구조 모델의 중앙부에서의 최대 손상변형을 비교하여 추정하고자 한다. 이것은 다음 단계의 선수 구조부의 동적 구조해석의 검증에 사용될 것이다. 본 연구에서는 극치 6.5MPa, 후부높이 1.0MPa, 그리고 지속시간 5.0msec인 파랑충격압력 곡선 하에서, 강성이 작은 보강재로 보강된 경우 파랑충격하중의 면적은 $1.5s{\times}1.5s$ 보강재 간격(s), 강성이 큰 스트링거로 보강된 경우는 $2.5s{\times}2.5s$로 추정하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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