Installing floating structures in a coastal area requires careful observation of the finite-depth effect. In this paper, a Rankine panel method that includes the finite-depth effect is developed in the time domain. The bottom boundary condition is satisfied by directly distributing Rankine panels on the bottom surface. A stepwise analysis is performed for the radiation diffraction problems and consequently freely-floating motion responses over different water depths. The hydrodynamic properties of two test hulls, a Series 60 and a floating barge, are compared to the results from another computation program for validation purposes. The results for both hulls change remarkably as the water depth becomes shallower. The important features of the results are addressed and the effects of a finite depth are discussed.
Wave load prediction at zero forward speed using finite depth Green function is a well-established method regularly used in the offshore and marine industry. The forward speed approximation in deep water condition, although with limitations, is also found to be quite useful for engineering applications. However, analysis of vessels with forward speed in finite water depth still requires efficient computing methods. In this paper, a method for analysis of wave induced forces and corresponding motion on freely floating three-dimensional bodies with low to moderate forward speed is presented. A finite depth Green function is developed and incorporated in a 3D frequency domain potential flow based tool to allow consideration of finite (or shallow) water depth conditions. First order forces and moments and mean second order forces and moments in six degree of freedom are obtained. The effect of hull flare angle in predicting added resistance is incorporated. This implementation provides the unique capability of predicting added resistance in finite water depth with flare angle effect using a Green function approach. The results are validated using a half immersed sphere and S-175 ship. Finally, the effect of finite depth on a tanker with forward speed is presented.
The corrugated steel plate structures is applied to the construction of mountain tunnel portal part with shallow depth, the tunnel on the outskirts of urban areas and ecology move passage. In this study, A finite element method is used for research the behavior of corrugated steel plate structures due to construction position under declinating earth pressure and excavation depth. A finite element method were performed varying construction position(10, 15, 20 and 25m) from slope and excavation depth from surface. The hoop thrust and moment, displacement of corrugated steel plate subjected to construction position and excavation depth is determined from a finite element method. From results of finite element method, it was found that the increase of thrust and the decrease of displacement as the amount of distance increase from slope with construction position. But the thrust and moment, displacement has not different value with excavation depth.
In this study, the lift coefficient and wave deformations for a two-dimensional flat-plate in non-cavitating condition were computed using a closed-form (analytic) solution. This plate moves at a constant speed beneath a free surface in water of finite depth. The model represents the flat-plate using a lumped vortex element within the constraints of potential flow theory. The kinematic and dynamic free surface conditions were combined and linearized. This linearized free surface condition was then applied to get the total velocity potential. The method of images was utilized to account for the effects of finite depth in the calculations. The lift coefficient of the flat-plate and wave elevations on the free surface were calculated using the closed-form solution. The lift coefficients derived from the present analytic solution were validated by comparing them with Plotkin's method in the case of deep water. Wave elevations were also compared with those obtained from a numerical method. A comprehensive discussion on the impact of Froude number, submergence depth of flat-plate from the calm free surface, the angle of attack and the depths of finite bottom on the results - namely, lift coefficients and free surface deformations - is provided.
Superposition of three wave trains on finite depth is investigated. This paper is focused on how to improve the linear superposition of three waves. This was realized by introducing the scheme. The idea of the scheme is based on a fixed point approach. Application of the scheme to the superposition makes it possible to obtain a wave profile of wave-wave interaction. With the help of FFT, it was possible to analyze high-order nonlinear frequencies for three interacting Stokes' waves on finite depth.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.14
no.3
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pp.13-22
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1977
The hydrodynamic forces acting on a forced oscillating 2-dimensional cylinder on a free surface of a fluid of a finite depth are calculated by distributing singularities on the immersed body surface. And the Haskind-Newman relation in a fluid of a finite depth is derived. The wave exciting force of the cylinder to an oscillation is also calculated by using the above relation. The method is applied to a circular cylinder swaying in a water of finite depth, and then, to a rectangular cylinder heaving, swaying, and rolling. The results of above cases give a good agreement with those by earlier investigators such as Bai, Keil, and Yeung. Also, this method is applied to a Lewis form cylinder with a half beam-to-draft ratio of 1.0 and a sectional area coefficient of 0.941, and to a bulbous section cylinder which is hard to represent by a mapping function. The results reveal that the hydrodynamic forces in heave increase as the depth of a water decrease, but in sway or roll, the tendency of the hydrodynamic forces is difficult to say in a few words. The exciting force to heave for a bulbous section cylinder becomes zero at two frequencies. The added mass moment of inertia for roll is seemed to mainly depend on the sectional shape than the water depth.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.20
no.4
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pp.33-40
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1983
The drift force acting on a freely-floating sphere in water of finite depth is studied within the framework of a linear potential theory. A velocity potential describing fluid motion is determined by distribution pulsating sources and dipoles on the immersed surface of the sphere. Upon knowing values of the potential, hydrodynamic forces are evaluated by integrating pressures over the immersed surface of the sphere. The motion response of the sphere in water of finite depth is obtained by solving the equation of motion. From these results, the drift force on the sphere is evaluated by the momentum theorem, in which a far-field velocity potential is utilized in forms of Kochin function. The drift force coefficient Cdr of a fixed sphere increases monotononically with non-dimensional wave frequency ${\sigma}a$. On the other hand, in freely-floating case, the Cdr has a peak value at ${\sigma}a$ of heave resonance. The magnitude of the drift force coefficient Cdr in the case of finite depth is different form that for deep water, but the general tendency seems to be similar in both cases. It is to note that Cdr is greater than 1.0 when non-dimensional water depth d/a is 1.5 in the case of freely-floating sphere.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.13
no.1
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pp.11-16
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1976
The effect of the bow shape on the ship motion response in longitudinal regular waves of water of finite depth is investigated by employing the strip theory. The two-dimensional hydrodynamic forces(added mass and damping) were calculated by close-fit method for water of finite depth. The models for investigation are U and V bow ship forms of block coefficient 0.8 with constant after body which were used by Yourkov [2] and recently by Kim [3] for their deep water investigations. The following results are obtained by the present numerical experiments. (1) It is confirmed that the damping coefficient of the V-bow ship is greater than that of U-bow ship and in consquence the amplitude of heave and pitch of V-bow ship is smaller than that of U-bow ship among longitudinal regular head waves in water of finite depth (2) The merit of the V-bow ship on the motion damping is more significant in heave than in pitch, and is decreasing with the shallowness of water depth. (3) The change of bow form gives little effect on the wave exciting force and moment compared with the motion responce.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.44
no.2
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pp.59-65
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2018
Objectives: This study aimed to optimize the thread depth and pitch of a recently designed dental implant to provide uniform stress distribution by means of a response surface optimization method available in finite element (FE) software. The sensitivity of simulation to different mechanical parameters was also evaluated. Materials and Methods: A three-dimensional model of a tapered dental implant with micro-threads in the upper area and V-shaped threads in the rest of the body was modeled and analyzed using finite element analysis (FEA). An axial load of 100 N was applied to the top of the implants. The model was optimized for thread depth and pitch to determine the optimal stress distribution. In this analysis, micro-threads had 0.25 to 0.3 mm depth and 0.27 to 0.33 mm pitch, and V-shaped threads had 0.405 to 0.495 mm depth and 0.66 to 0.8 mm pitch. Results: The optimized depth and pitch were 0.307 and 0.286 mm for micro-threads and 0.405 and 0.808 mm for V-shaped threads, respectively. In this design, the most effective parameters on stress distribution were the depth and pitch of the micro-threads based on sensitivity analysis results. Conclusion: Based on the results of this study, the optimal implant design has micro-threads with 0.307 and 0.286 mm depth and pitch, respectively, in the upper area and V-shaped threads with 0.405 and 0.808 mm depth and pitch in the rest of the body. These results indicate that micro-thread parameters have a greater effect on stress and strain values.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.1
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pp.115-127
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2015
The aim of this study is to develop a simplified formula for added mass coefficients of a two-dimensional floating body moving vertically in a finite water depth. Floating bodies with various sectional areas may represent simplified structure sections transformed by Lewis form, and can be used for floating body motion analysis using strip theory or another relevant method. Since the added mass of a floating body varies with wave frequency and water depth, a correction factor is developed to take these effects into account. Using a developed two-dimensional numerical wave tank technique, the reference added masses are calculated for various water depths at high frequency, and used them as basis values to formulate the correction factors. To verify the effectiveness of the developed formulas, the predicted heave added mass coefficients for various wetted body sections and wave frequencies are compared with numerical results from the Numerical Wave Tank (NWT) technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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