The present study is to investigate the effect of wave-structure interaction such as wave oscillation. The theoretical method is based upon the linear diffraction theory obtained by the boundary element method. The water depth and incident wave period in fluid region are assumed to be constant. To investigate the wave interaction due to offshore structures, the numerical program has been developed and the simulation has been carried out by varying the conditions of distance and width of offshore structures. This study can effectively be utilized for safety assessment to various breakwater systems and layout of offshore breakwater in the ocean and coastal field. It can give information for the safety to construct offshore structure and revetment in coastal region.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.6
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pp.1037-1048
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2016
In this study, nonlinear wave interaction in the presence of a uniform current is studied using numerical model, named CADMAS-SURF which is based on the Navier-Stokes equations coupled with Volume of Fluid for tracking free surface deformation. The original CADMAS-SURF developed for interaction of wave with structure is modified/extended to simulate nonlinear fluid dynamic motions within wave-current coexisting field. The capability of Numerical Wave-Current Tank (NWCT) in this study is validated by comparing with available existing laboratory experiments for both wave-following and wave-opposing current. The numerical results for interaction between wave and current are shown to be in good agreement with experimental data. Then, this study focused on the dynamic motions of the water velocity, surface elevation and vorticity within combined wave-current field in demonstrating complex nonlinear physical phenomena due to interaction between wave and current. In addition, NWCT is applied to simulate a more complex wave-current-structure field for wave propagating over a submerged breakwater associated with current. Detailed discussion including characteristics of velocity and vorticity fields and the relation between free surface and vorticity are given.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.32
no.5
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pp.307-321
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2020
The design and the construction are carried out by installation of new caissons on the back or the front of old caissons to increase the stability of old caisson breakwater. In this study, we use the eigenfunction expansion method to analyze the effects of wave structure interaction when new circular caissons are installed on the back or the front of old caissons. The comparison of numerical results between present method and Williams and Li is made, and the wave force and the wave run-up acting on each circular caisson are calculated for various parameters by considering the wave structure interaction.
If the seabed is exposed to high waves for a long period, the pore water pressure may be excessive, making the seabed subject to liquefaction. As the water pressure change due to wave action is transmitted to the pore water pressure of the seabed, a phase difference will occur because of the fluid resistance from water permeability. Thus, the effective stress of the seabed will be decreased. If a composite breakwater or other structure with large wave reflection is installed over the seabed, a partial standing wave field is formed, and thus larger wave loading is directly transmitted to the seabed, which considerably influences its stability. To analyze the 3-D dynamic response characteristics of the seabed around a composite breakwater, this study performed a numerical simulation by applying LES-WASS-3D to directly analyze the wave-structure-soil interaction. First, the waveform around the composite breakwater and the pore water pressure in the seabed and rubble mound were compared and verified using the results of existing experiments. In addition, the characteristics of the wave field were analyzed around the composite breakwater, where there was an opening under different incident wave conditions. To analyze the effect of the changed wave field on the 3-D dynamic response of the seabed, the correlation between the wave height distribution and pore water pressure distribution of the seabed was investigated. Finally, the numerical results for the perpendicular phase difference of the pore water pressure were aggregated to understand the characteristics of the 3-D dynamic response of the seabed around the composite breakwater in relation to the water-structure-soil interaction.
Cai, Guozhen;Luo, Min;Wei, Zhaoheng;Khayyer, Abbas
Ocean Systems Engineering
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v.12
no.3
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pp.285-300
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2022
This paper adopts the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) open-source code SPHinXsys to study the solitary wave interaction with coastal structures. The convergence properties of the model in terms of particle size and smoothing length are tested based on the example of solitary wave propagation in a flat-bottom wave flume. After that, the solitary wave interactions with a suspended submerged flat plate and deck with girders are studied. The wave profile and velocity field near the surface of the structures, as well as the wave forces exerted onto the structures are analyzed.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.20
no.2
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pp.63-75
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2017
In offshore environment, an accurate estimation of a wave-structure interaction has been an important issue for safe and cost effective design of fixed and floating offshore structures exposed to a harsh environment. In this study, a wave-structure interaction around a circular column was investigated with regular waves. To simulate 3D two-phase flow, open source computational fluid dynamics libraries, called OpenFOAM, were used. Wave generation and absorption in the wave tank were activated by the relaxation method, which implemented in a source term. To validate the numerical methods, generated Stokes 2nd-order wave profiles were compared with the analytic solution with deep water condition. From the validation test, grid longitudinal and vertical sizes for wave length and amplitude were selected. The simulated wave run-up and wave loads on the circular column were studied and compared with existing experimental data.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.23
no.5
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pp.558-565
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2017
Accurate prediction of wave-structure interactions is important in the safety and design cost effectiveness of fixed and floating offshore structures exposed to extreme environmental conditions. In this study, regular waves and circular column structure interactions for four circular columns in regular waves are analyzed. To simulate 3D two-phase flow, open source computational fluid dynamics libraries, called OpenFOAM, were used. When the four circular columns are arranged in a square array, the interactions according to the incident slopes of the regular waves are analyzed. The wave run-up in the circular column surface was compared according to the slope of the incident wave. It was confirmed that high amplitude waves are generated between the circular columns due to the interaction between the circular column and the incident wave. It is expected that this analytical result will be used as the basic data of the study on the air gap due to the interaction between the structure and incident wave.
In this study, the effects on hydraulic characteristics are discussed as the permeable underlayer thickness of the rubble mound structure changes. A series of hydraulic experiments were performed and wave run-up, reflection and set-up were investigated. Result indicated that wave run-down was affected by the water out from the permeable underlayer during down-rush. As the thickness increased, relative wave run-up decreased.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.7
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pp.379-390
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2018
In this study, a numerical approach based on mid-point integrated finite elements and a viscous boundary is proposed for time-domain wave-propagation analyses in infinite poroelastic media. The proposed approach is accurate, efficient, and easy to implement in time-domain analyses. In the approach, an infinite domain is truncated at some distance. The truncated domain is represented by mid-point integrated finite elements with real element-lengths and a viscous boundary is attached to the end of the domain. Given that the dynamic behaviors of the proposed model can be expressed in terms of mass, damping, and stiffness matrices only, it can be implemented easily in the displacement-based finite-element formulation. No convolutional operations are required for time-domain calculations because the coefficient matrices are constant. The proposed numerical approach is applied to typical wave-propagation and soil-structure interaction problems. The model is verified to produce accurate and stable results. It is demonstrated that the numerical approach can be applied successfully to nonlinear soil-structure interaction problems.
In this paper, the finite element method is applied to investigate the effect of the lateral boundary in homogenous soil on the seismic response of a superstructure. Some influencing factors are presented and discussed, and several parameters are identified to be important for conducting soil-structure interaction experiments on shaking tables. Numerical results show that the cross-section width L, thickness H, wave propagation velocity and lateral boundaries of soil layer have certain influences on the computational accuracy. The dimensionless parameter L/H is the most significant one among the influencing factors. In other words, a greater depth of soil layer near the foundation should be considered in shaking table tests as the thickness of the soil layer increases, which can be regarded as a linear relationship approximately. It is also found that the wave propagation velocity in soil layer affects the numerical accuracy and it is suggested to consider a greater depth of the soil layer as the wave propagation velocity increases. A numerical study on a soil-structure experimental model with a rubber ring surrounding the soil on a shaking table is also conducted. It is found the rubber ring has great effect on the soil-structure interaction experiments on shaking table. The experimental precision can be improved by reasonably choosing the elastic parameter and width of the rubber ring.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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