International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권2호
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pp.442-458
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2014
Wave induced vibrations increase the fatigue and extreme loading, but this is normally neglected in design. The industry view on this is changing. Wave induced vibrations are often divided into springing and whipping, and their relative contribution to fatigue and extreme loading varies depending on ship design. When it comes to displacement vessels, the contribution from whipping on fatigue and extreme loading is particularly high for certain container vessels. A large modern design container vessel with high bow flare angle and high service speed has been considered. The container vessel was equipped with a hull monitoring system from a recognized supplier of HMON systems. The vessel has been operating between Asia and Europe for a few years and valuable data has been collected. Also model tests have been carried out of this vessel to investigate fatigue and extreme loading, but model tests are often limited to head seas. For the full scale measurements, the correlation between stress data and wind data has been investigated. The wave and vibration damage are shown versus heading and Beaufort strength to indicate general trends. The wind data has also been compared to North Atlantic design environment. Even though it has been shown that the encountered wind data has been much less severe than in North Atlantic, the extreme loading defined by IACS URS11 is significantly exceeded when whipping is included. If whipping may contribute to collapse, then proper seamanship may be useful in order to limit the extreme loading. The vibration damage is also observed to be high from head to beam seas, and even present in stern seas, but fatigue damage in general is low on this East Asia to Europe trade.
Several voltage instability/collapse problems that have occurred in the electric utility industry worldwide have gained the attention of engineers and researchers of electric power systems. This paper proposes an effective calculation scheme of the extreme loading point and nose curves(P-V curves) using modified Newton-Raphson(N-R) load flow method and the Continuation Method. This method provides detail and visual information of the power system voltage profile and operating margin ro operators and planners. In this paper, a modified load flow claculation method for ill-conditioned power systems is introduced for the purpose of seeking more precise load flow solutions and nose curves, and the Continuation Method is also used as a part of the solution algorithm for the calculation of extreme loading point and nose curves. The conventional polar coordinate based N-R load flow program is modified to avoid numerical difficulties caused by the singularity of the Jacobian matrix occuring in the vicinity of extreme loading point of heavily loaded systems. Application results of the proposed method to Klos-Kerner 11-bus system and modified IEE-30-bus system are presented to assure the usefulness of the approach.
Chin, Jason Ah;Garcia, Mauricio;Cote, Jeffrey;Mulcahy, Ellen;Clarke, Jonathan;Elshaer, Ahmed
Wind and Structures
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제34권3호
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pp.313-319
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2022
The resiliency of electricity transmission and distribution lines towards natural and man-made hazards is critical to the operation of cities and businesses. The extension of these lines throughout the country increases their risk of extreme loading conditions. This paper investigates a unique extreme loading condition of a 100-year old distribution line segment that passes across a river and got entangled with a boom of a ship. The study adopts the Applied Elements Method (AEM) for simulating 54 cases of the highly deformable structural behaviour of the tower. The most significant effects on the tower's structural integrity were found to occur when applying the load with components in all three of the cartesian directions (i.e., X, Y and Z) with the full capacities of the four cables. The studied extreme loading condition was determined to be within the tower's structural capacity, attributed to the shear failure of the anchor bolts, which acted as a sacrificing element that fails to protect the transfer of tensioning load to the supporting tower.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권4호
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pp.1096-1110
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2014
Whipping/springing research started in the 50'ies. In the 60'ies inland water vessels design rules became stricter due to whipping/springing. The research during the 70-90'ies may be regarded as academic. In 2000 a large ore carrier was strengthened due to severe cracking from North Atlantic operation, and whipping/springing contributed to half of the fatigue damage. Measurement campaigns on blunt and slender vessels were initiated. A few blunt ships were designed to account for whipping/springing. Based on the measurements, the focus shifted from fatigue to extreme loading. In 2005 model tests of a 4,400 TEU container vessel included extreme whipping scenarios. In 2007 the 4400 TEU vessel MSC Napoli broke in two under similar conditions. In 2009 model tests of an 8,600 TEU container vessel container vessel included extreme whipping scenarios. In 2013 the 8,100 TEU vessel MOL COMFORT broke in two under similar conditions. Several classification societies have published voluntary guidelines, which have been used to include whipping/springing in the design of several container vessels. This paper covers results from model tests and full scale measurements used as background for the DNV Legacy guideline. Uncertainties are discussed and recommendations are given in order to obtain useful data. Whipping/springing is no longer academic.
In the design and condition assessment of bridges, it is usually necessary to take into consideration the extreme conditions which are not expected to occur within a short time period and thus require an extrapolation from observations of limited duration. Long-term structural health monitoring (SHM) provides a rich database to evaluate the extreme conditions. This paper focuses on the extrapolation of extreme traffic load effects on bridges using long-term monitoring data of structural strain. The suspension Tsing Ma Bridge (TMB), which carries both highway and railway traffic and is instrumented with a long-term SHM system, is taken as a testbed for the present study. Two popular extreme value extrapolation methods: the block maxima approach and the peaks-over-threshold approach, are employed to extrapolate the extreme stresses induced by highway traffic and railway traffic, respectively. Characteristic values of the extreme stresses with a return period of 120 years (the design life of the bridge) obtained by the two methods are compared. It is found that the extrapolated extreme stresses are robust to the extrapolation technique. It may owe to the richness and good quality of the long-term strain data acquired. These characteristic extremes are also compared with the design values and found to be much smaller than the design values, indicating conservative design values of traffic loading and a safe traffic-loading condition of the bridge. The results of this study can be used as a reference for the design and condition assessment of similar bridges carrying heavy traffic, analogous to the TMB.
The meteorological events that cause most strong winds in Brazil are extra-tropical cyclones, downbursts and tornadoes. However, one hurricane formed off the coastline of southern Brazil in 2005, a tropical storm formed in 2010 and there are predictions that others may form again. Events such as those described in the paper and which have occurred before 1987, generate data for the wind map presented in the Brazilian wind loading code NBR-6123. This wind map presents the reference wind speeds based on 3-second gust wind speed at 10 m height in open terrain, with 50-year return period, varying from 30 m/s (north half of country) to 50 m/s (extreme south). There is not a separation of the type of climatological event which generated each registered velocity. Therefore, a thunderstorm (TS), an extra-tropical pressure system (EPS) or even a tropical cyclone (TC) are treated the same and its resulting velocities absorbed without differentiation. Since the flow fields generated by each type of meteorological event may be distinct, the indiscriminate combination of the highest wind velocities with aerodynamic coefficients from boundary layer wind tunnels may lead to erroneous loading in buildings.
Online voltage stability monitoring using real-time measurements is one of the most important tasks in a smart grid system to maintain the grid stability. Loading margin is a good indicator for assessing the voltage stability level. This paper presents an Extreme Learning Machine (ELM) approach for estimation of voltage stability level under credible contingencies using real-time measurements from Phasor Measurement Units (PMUs). PMUs enable a much higher data sampling rate and provide synchronized measurements of real-time phasors of voltages and currents. Depth First (DF) algorithm is used for optimally placing the PMUs. To make the ELM approach applicable for a large scale power system problem, Mutual information (MI)-based feature selection is proposed to achieve the dimensionality reduction. MI-based feature selection reduces the number of network input features which reduces the network training time and improves the generalization capability. Voltage magnitudes and phase angles received from PMUs are fed as inputs to the ELM model. IEEE 30-bus test system is considered for demonstrating the effectiveness of the proposed methodology for estimating the voltage stability level under various loading conditions considering single line contingencies. Simulation results validate the suitability of the technique for fast and accurate online voltage stability assessment using PMU data.
PSC 구조물에 폭발과 같은 극한하중이 짧은 시간 동안 발생하게 되면 급작스러운 파괴와 그로 인한 수많은 인명 및 재산피해를 발생시킨다. 하지만 원전격납구조물, 가스탱크와 같은 PSC 구조물의 경우 방호 및 방재개념이 포함된 구조설계가 적용되지 않은 실정이며, 특히, 구조물 내부에서 발생하는 폭발압력하중은 피해규모가 외부폭발에 비해 훨씬 크기 때문에 내부폭발하중에 대한 검증은 반드시 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 원전격납구조물의 내부폭발에 대한 저항성능을 검토하기 위해 이방향 프리스트레스트 콘크리트 축소모형을 제작하였다. 내부폭발 실험은 22.68, 27.22, 31.75 kg (50, 60, 70 lbs)의 ANFO 폭약을 이용하여 시편으로부터 1,000 mm의 거리에서 폭발시켰으며, 압력하중, 처짐, 변형률, 균열형상, 긴장력 변화 등의 데이터를 분석하였다. 본 연구결과를 이용하여 원전격납구조물의 내부폭발하중 발생 시 손상도 범위 예측이 가능할 것으로 판단된다.
This paper is related to structural assessment considering the hydroelastic response of ultra large container ships, especially from whipping (bow or stern impacts) and from springing (resonance). In general, whipping contributes both to increased fatigue and extreme loading, while springing does mainly contribute to increased fatigue loading. To evaluate the hydroelastic response quantitatively with high accuracy, numerical code considering hydro-structure coupling was applied and fatigue strength of a 13,100 TEU class containership was verified. The segmented model test and full scale measurement were also needed to assess the effect of whipping and springing on the fatigue and extreme capacity in more realistic way and for verification of the numerical tools. With reference to class rule, fatigue assessment considering springing effect and extreme assessment considering whipping effect were introduced.
The wind velocity profile over the height of a structure in high intensity wind (HIW) events, such as downbursts, differs from that associated with atmospheric boundary layer (ABL) winds. Current design codes for lattice transmission structures contain only limited advice on the treatment of HIW effects, and structural design is carried out using wind load profiles and response factors derived for ABL winds. The present study assesses the load-deformation curve (capacity curve) of a transmission tower under modeled downburst wind loading, and compares it with that obtained for an ABL wind loading profile. The analysis considers nonlinear inelastic response under simulated downburst wind fields. The capacity curve is represented using the relationship between the base shear and the maximum tip displacement. The results indicate that the capacity curve remains relatively consistent between different downburst scenarios and an ABL loading profile. The use of the capacity curve avoids the difficulty associated with defining a reference wind speed and corresponding wind profile that are adequate and applicable for downburst and ABL winds, thereby allowing a direct comparison of response under synoptic and downburst events. Uncertainty propagation analysis is carried out to evaluate the tower capacity by considering the uncertainty in material properties and geometric variables. The results indicated the coefficient of variation of the tower capacity is small compared to those associated with extreme wind speeds.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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