An accurate method of estimating ship maneuverability needs to be developed to evaluate precisely and improve the maneuverability of ships according to the water depth. In order to estimate maneuverability by a mathematical model. The hydrodynamic forces acting on a ship hull and the flow field around the ship in maneuvering motion need to be estimated. The ship speed new the berth is very low and the fluid flow around a ship hull is unsteady. So, the transient fluid motion should be considered to estimate the drag force acting on the ship hull. In the low speed and short time lateral motion, the vorticity is created by the body and grow up in the acceleration stage and the velocity induced by the vorticity affect to the body in deceleration stage. For this kind of problem, CFD is considered as a goof tool to understand the phenomena. In this paper, the 2D CFD code is used for basic consideration of the phenomena to solve the flow in the cross section of the ship considering the ship is slender and the water depth is large enough. The flow fields Added and hydrodynamic forces for the some prescribed motions are computed and compared with the preliminary experiment results. The comparison of the force with measurement is shown a fairly good agreement in tendency. The 3D Potential Calculation based on the Hess & Smith Theory is employed to predict the surge, sway added mass and yaw added moment of inertia of hydrodynamic coefficients for M/V ESSO OSAKA according to the water depth. The results are also compared with experimental data. Finally, the sway added mass of hydrodynamic coefficients for T/S HANNARA is suggested in each water depth.
In order to predict the motions of a planing hull in waves, it is necessary to accurately estimate the force components acting on the hull such as the hydrodynamic force, buoyancy, and friction, as well as the wave exciting force. In particular, based on strip theory, hydrodynamic forces can be estimated by the summation of the forces acting on each cross-section of the hull. A non-linear strip method for planing hulls was mathematically developed by Zarnick, and his formula has been used to predict the vertical motions of prismatic planing hulls in regular waves. In this study, several improvements were added to Zarnick's formula to predict the vertical motions of warped planing hulls. Based on calm water model test results, the buoyancy force and moment correction coefficients were modified. Further improvements were made in the pile-up correction. Pile-up correction factors were changed according to variations of the deadrise angles using the results found in previous research. Using the same hull form, captive model tests were carried out in other recent research, and the results were compared with the present calculation results. The comparison showed reasonably good agreements between the model tests and present calculations.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.375-387
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2006
Different from the previous studies which investigated seismic P-$\Delta$ effect in slender columns though comparison of response spectra according to stability coefficients obtained from the analyses based on the assumed moment-curvature relationship, the axial force and P-$\Delta$ effect in RC columns are investigated on the basis of the layered section method which can effectively consider the changes of stiffness and yield strength due to the application of axial force in RC members. Practical ranges of slenderness and stability coefficient are assumed, and sixty sets of horizontal/vertical earthquake inputs are used in the analysis. From the parametric study, it is noted that the maximum deformation of the slender RC column is hardly affected by P-$\Delta$ effect or vortical earthquake but dominantly affected by the applied axial force. Therefore, it can be concluded that no additional consideration for the P-$\Delta$ effect and vortical earthquake is required in the seismic design of a slender RC column if the axial force effect is taken into account in the analysis and design procedures.
Lee Seong-Wook;Shim Jae-Joon;Han Dong-Seup;Han Geun-Jo;Kim Tae-Hyung;Hwang Kyu-Seok
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2005.10a
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pp.229-234
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2005
This study was carried out to analyze the effect of wind load on the stability of a 50ton container crane using wind tunnel test and provide a container crane designer with data which can be used in a wind resistance design of a container crane assuming that a wind load at 75m/s wind velocity is applied on a container crane. Data acquisition conditions for this experiment were established in accordance with the similarity. The scale of a container crane dimension, wind velocity and time were chosen as 1/200, 1/13.3 and 1/15. And this experiment was implemented in an Effect type atmospheric boundary-layer wind tunnel with $11.52m^2$ cross-section area. Each directional drag and overturning moment coefficients were investigated and uplift forces at each supporting point due to the wind load were analyzed.
Lee Seong-Wook;Han Geun-Jo;Han Dong-Seop;Kim Tae-Ryung
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2006.06b
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pp.311-316
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2006
This study was carried out to analyze the effect of wind load on the structural stability of a container crane according to the change of the boom shape using wind tunnel test and provided a container crane designer with data which can be used in a wind resistance design of a container crane assuming that a wind load at 75m/s wind velocity is applied on a container crane. Data acquisition conditions for this experiment were established in accordance with the similarity. The scale of a container crane dimension, wind velocity and time were chosen as 1/200, 1/13.3 and 1/15. And this experiment was implemented in an Eiffel type atmospheric boundary-layer wind tunnel with $11.25m^2$ cross-section area. Each directional drag and overturning moment coefficients were investigated and uplift forces at each supporting point due to the wind load were analyzed.
Cristoforo Demartino;Zhen Sun;Giulia Matteoni;Christos T. Georgakis
Wind and Structures
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v.37
no.1
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pp.57-78
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2023
In this study, a generalized three-degree-of-freedom (3-DoF) analytical model is formulated to predict linear aerodynamic instabilities of a prism under quasi-steady (QS) conditions. The prism is assumed to possess a generic cross-section exposed to turbulent wind flow. The 3-DoFs encompass two orthogonal horizontal directions and rotation about the prism body axis. Inertial coupling is considered to account for the non-coincidence of the mass center and the rotation center. The aerodynamic force coefficients-drag, lift, and moment-depend on the Reynolds number based on relative flow velocity, angle of attack, and the angle between the wind and the cable. Aerodynamic forces are linearized with respect to the static equilibrium configuration and mean wind velocity. Routh-Hurwitz and Liénard and Chipart criteria are used in the eigenvalue problem, yielding an analytical solution for instabilities in galloping and static divergence types. Additionally, the minimum structural damping and stiffness required to prevent these instabilities are numerically determined. The proposed 3-DoF instability model is subsequently applied to a conductor with ice accretion and a full-scale dry inclined cable. In comparison to existing models, the developed model demonstrates superior prediction accuracy for unstable regions compared with results in wind tunnel tests.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.4
no.4
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pp.264-269
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2002
In this paper, Η$_{\infty}$ depth and course controller of an AUV(Autonomous Underwater Vehicle) using Η$_{\infty}$ servo control is proposed. The Η$_{\infty}$ servo problem is formulated to design the controllers satisfying a robust tracking property with modeling errors and disturbances. The solution of the Η$_{\infty}$ servo problem is as fellows: first, this problem is modified as an Η$_{\infty}$ control problem for the generalized plant that includes a reference input mode, and then a sub-optimal solution that satisfies a given performance criteria is calculated by LMI(Linear Matrix Inequality) approach. The Η$_{\infty}$ depth and course controller are designed to satisfy with the robust stability about the modeling error generated from the perturbation of the hydrodynamic coefficients and the robust tracking property under disturbances(wave force, wave moment, tide). The performances of the designed controllers are evaluated with computer simulations, and finally these simulation results show the usefulness and application of the proposed Η$_{\infty}$ depth and course control system.
In this paper, depth and course controllers of autonomous underwater vehicles using H$_{\infty}$ servo control are proposed. An H$_{\infty}$ servo problem is formulated to design the controllers satisfying a robust tracking property with modeling errors and disturbances. The solution of the H$_{\infty}$ servo problem is as follows: first, this problem is modified as an H$_{\infty}$ control problem for the generalized plant that includes a reference input mode, and then a sub-optimal solution that satisfies a given performance criteria is calculated by LMI(Linear Matrix Inequality) approach. The H$_{\infty}$ depth and course controllers ate designed to satisfy with the robust stability about the modeling error generated from the perturbation of the hydrodynamic coefficients and the robust tracking property under disturbances(wave force, wave moment, tide). The performances(the robustness to the uncertainties, depth and course tracking properties) of the designed controllers are evaluated with computer simulations, and finally these simulation results show the usefulness and application of the proposed H$_{\infty}$ depth and course control systems.
The finite volume based multi-block RANS code, WAVIS developed at KRISO, is used to simulate the turbulent flows around a submarine with the realizable $\textsc{k}-\varepsilon$ turbulence model. RANS methods are verified and validated at the level of validation uncertainty 1.54% of the stagnation pressure coefficient for the solution of the turbulent flows around SUBOFF submarine model without appendages. Another SUBOFF configuration, axisymmetric body with four identical stem appendages, is also computed and validated with the experimental data of the nominal wake and hydrodynamic coefficients. The hydrodynamic forces and moments for SUBOFF model and a practical submarine are predicted at several drift and pitch angles. The computed results are in extremely good agreement with experimental data. Furthermore, it is noteworthy that all the computations at the present study were carried out in a PC and the CPU time required for 2.8 million grids was about 20 hours to get fully converged solution. The current study shows that CFD can be a very useful and cost effective tool for the prediction of the hydrodynamic performance of a submarine in the basic design stage.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.12
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pp.2980-2988
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2000
In this paper, H(sub)$\infty$ depth and course controllers of autonomous underwater vehicles using H(sub)$\infty$ servo control are proposed. An H(sub)$\infty$ servo problem is foumulated to design the controllers satisfying a robust tracking property with modeling errors and disturbances. The solution of the H(sub)$\infty$servo problem is as follows; firest, this problem is modified as an H(sub)$\infty$ control problem for the generalized plant that includes a reference input mode, and than a sub-optimal solution that satisfies a given performance criteria is calculated by LMI(Linear Matrix Inequality) approach, The H(sub)$\infty$depth and course controllers are designed to satisfy the robust stability about the modeling error generated from the perturbation of the hydrodynamic coefficients and the robust tracking property under disturbances(was force, wave moment, tide). The performances(the robustness to the uncertainties, depth and course tracking properties) of the designed controlled are evaluated with computer simulations, and finally these simulation results show the usefulness and applicability of the propose H(sub)$\infty$ depth and course control systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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