International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.491-500
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2020
The present study proposes a time domain model for the Vortex-induced Vibration (VIV) simulation of a catenary riser under the combination of the current and oscillatory flow induced by vessel motion. In this model, the hydrodynamic force of VIV comprises excitation force, hydrodynamic damping and added mass, which are taken as functions of the non-dimensional frequency and amplitude ratio. The non-dimensional frequency is related with the response frequency, natural frequency, lock-in range and the fluid velocity. The relatively oscillatory flow induced by vessel motion is taken into account in the fluid velocity. Considering that the added mass coefficient and the non-dimensional frequency can affect each other, an iterative analysis is conducted at each time step to update the added mass coefficient and the natural frequency. This model is in detail validated against the published test models. The results show that the model can reasonably reflect the effect of the added mass coefficient on the VIV, and can well predict the riser's VIV under stationary and oscillatory flow induced by vessel motion. Based on the model, this study carries out the VIV simulation of a catenary riser with harmonic vessel motion. By analyzing the bending moment near the touchdown point, it is found that under the combination of the ocean current and oscillatory flow the vessel motion may decrease the VIV response, while increase the excited frequencies. In addition, the decreasing rate of the VIV under vessel surge is larger than that under vessel heave at small vessel motion velocity, while the situation becomes opposite at large vessel motion velocity.
Cho Yong Hyeon;Lee Ki Won;Kwon Sam Young;Kim Do Won
Proceedings of the KSR Conference
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2004.10a
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pp.1353-1359
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2004
There are many massive components added on the railway overhead-line. These components cause larger fluctuations of contact forces, which are due to wave reflections and Doppler effects when a high-speed train passes those. In this paper, mathematical formula are derived for the relation between the added mass and contact force fluctuations. Using the derived formula, we calculate a added mass on the overhead-line which cause amplification factor to become 2.5. German design practice requires that amplification factor due to the wave reflection should be less than 2.5 to obtain good current collection performance. To show the validity of the formula, simulation results are compared with the calculation results. Simulation results showed that contact force fluctuations grow rapidly when an added mass is larger than the calculation result. Therefore, the simple form of formula can be used for estimating maximum added mass not to cause large fluctuations of contact forces in early design phase.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.5
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pp.31-40
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2009
In this paper, a trial-error based method is presented to calibrate added mass models through numerical iterations minimizing the difference between the measured frequency data and its numerical simulation result for a dam floodgate. Earthquake analysis of the real floodgate for which the on-site hammering vibration test is performed show that the classical Westergaard added mass model gives relatively larger values in the maximum earthquake force and the maximum total displacement than the present added mass model, based on the calibration of on-site measurement data.
The airship is starting to receive new highlights as a stable floating platform. A floating platform can serve as a telecommunication relay station or an environmental outpost. Much of these operations require unmanned autonomous operation on the airship. Due to difficulties in modelling and identifying the airship, controlling the airship is not an easy task. Different from the normal aircraft, the airship is affected by "added mass" and buoyancy. The added mass is the additional mass felt required to move the object in a fluid. As we are searching for a stable floating platform, controlling the airship to keep station is critical. We use a simple airship model with added mass for simulation. Classical controller is used to find acceptable airship performances.
Heave plates have been widely used to enhance viscous damping and thus reduces the heave response of Spar platforms. Single heave plate attached to the keel of the Spar has been reported in literature (Tao and Cai 2004). The effect of double heave plates on hydrodynamic response in random waves has been investigated in this study. The influence of relative spacing $L_d/D_d$ ($D_d$-the diameter of the heave plate) on the hydrodynamic response in random waves has been simulated in wave basin experiments and numerical model. The experimental investigation has been carried out using 1:100 scale model of Spar with double heave plates in random waves for different relative spacing and varying wave period. The influence of relative spacing between the heave plates on the motion responses of Spar are evaluated and presented. Numerical investigation has been carried out to investigate effect of relative spacing on hydrodynamic characteristics such as heave added mass and hydrodynamic responses. The measured results were compared with those obtained from numerical simulation and found to be in good agreement. Experimental and numerical simulation shows that the damping coefficient and added mass does not increase for relative spacing of 0.4 and the effect greater than relative spacing on significant heave response is insignificant.
Seismic Safety Analysis of Intake Tower is very important because failure of intake tower may incur huge chaos on the modem society. Recently, there has been growing much concern about earthquake resistance of existing structures. This research demonstrates the dynamic fluid pressure calculation using added mass simulation. The actual safety evaluation has been conducted through not only the static analysis but also the dynamic analysis. According to the analysis results, the vibration incurred by earthquake may induce considerable damage to the hydraulic structure. Therefore, the appropriate design process out of exact calculation is quite necessary.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.9
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pp.688-693
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2016
This paper describes the parachute dynamics modeling and simulation results for the development of training simulator of a HALO (High Altitude Low Opening) parachute, which is currently in use for military purposes. The target parachute is a rectangular shaped parafoil and its dynamic model is derived based on the real geometry data as the 9-DOF nonlinear equations of dynamics. The simulation was conducted through the moment of inertia and its aerodynamic derivatives to reflect the real characteristics based on the MATLAB/Simulink. In particular, its modeling includes the typical characteristics of the added mass and moment of inertia, which is shown in the strong effects in Lighter-Than-Air(LTA) flight vehicle. The proposed dynamic modeling was evaluated through the simulation under the spiral turning flight conditions of the asymmetric control inputs and compared with the performance index in the target parachute manual.
In this paper, we present a real-time physical simulation model of water surfaces with a novel method to represent the water mass flow in full three dimensions. In a physical simulation model, the state of the water surfaces is represented by a set of physical values, including height, velocity, and the gradient. The evolution of the velocity field in previous works is handled by a velocity solver based on the Navier-Stokes equations, which occurs as a result of the unevenness of the velocity propagation. In this paper, we integrate the principle of the mass conservation in a fluid of equilateral density to upgrade the height field from the unevenness, which in mathematical terms can be represented by the divergence operator. Thus the model generates waves induced by horizontal velocity, offering a simulation that puts forces added in all direction into account when calculating the values for height and velocity for the next frame. Other effects such as reflection off the boundaries, and interactions with floating objects are involved in our method. The implementation of our method demonstrates to run with fast speed scalable to real-time rates even for large simulation domains. Therefore, our model is appropriate for a real-time and large scale water surface simulation into which the animator wishes to visualize the global fluid flow as a main emphasis.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.3
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pp.241-257
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2014
The modern development in design of airships and aerostats has led to unconventional configurations quite different from the classical ellipsoidal and spherical ones. This new class of air-vehicles presents a mass-to-volume ratio that can be considered very similar to the density of the fluid displaced by the vehicle itself, and as a consequence, modeling and simulation should consider the added masses in the equations of motion. The concept of added masses deals with the inertia added to a system, since an accelerating or decelerating body moving into a fluid displaces a volume of the neighboring fluid. The aim of this paper is to provide designers with the added masses matrix for more than twenty Lighter Than Air vehicles with unconventional shapes. Starting from a CAD model of a given shape, by applying a panel-like method, its external surface is properly meshed, using triangular elements. The methodology has been validated by comparing results obtained with data available in literature for a known benchmark shape, and the inaccuracies of predictions agree with the typical precision required in conceptual design. For each configuration, a CAD model and a related added masses matrix are provided, with the purpose of assisting the practitioner in the design and flight simulation of modern airships and scientific balloons.
This paper introduces a simulation-based determination method for hydrodynamic derivatives and 6DOF (degrees-offreedom) motion analysis for an underwater vehicle. Hydrodynamic derivatives were derived from second-order modulus expansion and composed of the added mass, and linear and nonlinear damping coefficients. The added mass coefficients were analytically obtained using the potential theory. All of the linear and nonlinear damping coefficients were determined using CFD simulation, which were performed for various cases based on the actual operating condition. Then, the linear and nonlinear damping coefficients were determined by fitting the CFD results, which referred to 6DOF forces and moments acting on an underwater vehicle, with the least square method. To demonstrate the applicability of the current study, 6DOF simulations for three different scenarios (L-, U-, and S-turn) were carried out, and the results were validated on the basis of physical plausibility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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