A light buoy is equipped with lighting functions and navigation signs. Its shape and colors indicate the route to vessels sailing nearby in the daytime, with its lights providing this information at night. It also plays a role in notifying the presence of obstacles such as reefs and shallows. When a light buoy operates in the ocean, the visibility and angle of light from the lantern installed on the buoy changes, which may cause them to function improperly. Therefore, it is necessary for the buoy to have stable and minimal motions under given environmental conditions, mainly waves. In this study, motion analyses for a newly developed lightweight light-buoy in waves were performed to predict the motion performance and determine the effect of the developed appendages for improving the motion performance. First, free decay tests, including benchmark cases, were performed using computational fluid dynamics (CFD) to estimate the viscous damping coefficients, which could not be obtained using potential-based simulations. A comparison was made of the results from potential-based simulations with and without considering viscous damping coefficients, which were estimated using CFD. It was confirmed that the pitch and heave motions of the buoy became smaller when the developed appendages were adopted.
Park, Kwang-Phil;Cha, Ju-Hwan;Lee, Kyu-Yeul;Ham, Seung-Ho
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.15
no.6
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pp.411-417
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2010
In this paper, the boom of a floating crane is modeled as a 3-dimensional elastic beam in order to analyze the dynamic response of the crane and its cargo. The boom is divided into more than two elements based on finite element formulation, and deformation of each element is expressed in terms of shape matrix and nodal coordinates. The equations of motion for the elastic boom consist of a mass matrix, a stiffness matrix, and a quadratic velocity vector that contains the gyroscopic and Coriolis forces. The size and complicity of the matrices increase in proportion with the number of elements. Therefore, it is not possible to derive the equations of motion explicitly for different number of elements. To overcome this difficulty, matrices for one 3-dimensional element are expressed with elementary sub-matrices. In particular, the quadratic velocity vector is derived as a product of a shape matrix and a 3-dimensional rotation matrix. By using the derived matrices, the equations of motion for the multi-element boom are automatically constructed. To verify the implementation of the elastic boom based on finite element formulation, we simulated a simple vibration of the elastic boom and compared the average deformation with the analytic solution. Finally, heave motion of the floating crane and surge motion of the cargo are presented as application examples of the elastic boom.
Dong-Hee Choi;Jae-Min Jeon;Min-Ju Maeng;Jeong-Hyeon Kim;Bo Woo Nam
Ocean Systems Engineering
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v.14
no.3
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pp.277-299
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2024
In this study, the wave-induced motion responses of modular floating structures (MFS) was investigated through a series of experiments in a two-dimensional wave tank. A 1:63 scale model test was conducted using a 1-by-2 modular floating structure consisting of two modules and connectors. Two different types of connectors were considered: a pitch-free hinge and rigid connector. The numerical analysis was performed based on the higher-order boundary element method (HOBEM) and wave Green function with potential flow theory. First, the heave and pitch RAOs of the modules from the regular wave tests were directly compared with numerical analysis results. Next, the motion spectra and their statistical values from the irregular wave tests were compared with the numerical analysis results. The study revealed that the sheltering effect of the weather side module led to a reduction in motion of the lee side module. The numerical analysis showed good agreement with the experimental data, demonstrating the validity of the numerical method. Additionally, the rigid connector, which strongly constrain all six degrees of freedom, significantly reduce pitch motion, making the modules behave as a single rigid body.
Steel Catenary Risers (SCR) are the simplest and often the most economic solution compared to other riser types such as flexible pipe, riser towers, top tensioned risers, etc. The top of a SCR is connected to the host platform riser porch. The other end of the SCR connects to flowlines from subsea wells. The riser touchdown point (TDP), which is the location along the riser where contact with the sea floor first occurs, exhibits complex behaviors and often results in compression and fatigue related issues. Heave dynamic responses of semisubmersibles in extreme and operating sea states are crucial for feasibility of SCR application. Recent full field measurement results of a deep draft semisubmersible in Hurricane Gustav displayed the considerable discrepancies in heave responses characteristics between the measured and the simulated results. The adequacy and accuracy of the simulated results from recognized commercial software should be examined. This finding raised the awareness of shortcomings of current commercial software and potential risk in mega investment loss and environmental pollutions due to SCR failures. One main objective of this paper is to attempt to assess the importance and necessity of accounting for viscous effects during design and analysis by employing indicator of viscous parameter. Since viscous effects increase with nearly third power of significant wave height, thus newly increased metocean criteria per API in central Gulf of Mexico (GoM) and even more severe environmental conditions in Western Australia (WA) call for fundamental enhancements of the existing analysis tools to ensure reliable and robust design. Furthermore, another aim of this paper is to address the impacts of metocean criteria and design philosophy on semisubmersible hull sizing in WA and GoM.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.18
no.4
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pp.282-290
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2015
In this study, a latching control technology, proposed by Sheng et al.(2015), was applied in order to maximize the extraction efficiency of WEC (Wave Energy Converter), which is the heaving buoy coupled with linear electric generator. The latching control is the phase-control technique for improving the wave energy conversion with appropriate latching duration of keeping the buoy fixed. From the time-domain analysis in regular waves, the latching control technology can significantly improve the heave velocity and extracted power, even though the resonance condition is not satisfied. By using the latching control technology, the draft of buoy as well as the required PTO damping force can be significantly reduced along with increased extracted power, which is a big advantage in manufacturing the WEC.
Declutching control is applied to a hemispherical wave energy converter with direct linear electric Power-Take-Off systems oscillating in heave direction in both regular and irregular waves. The direct linear Power-Take-Off system can be simplified as a mechanical spring and damper system. Time domain model is applied to dynamics of the hemispherical wave energy converter in both regular and irregular waves. And state space model is used to replace the convolution term in time domain equation of the heave oscillation of the converter due to its inconvenience in analyzing the controlled motion of the converters. The declutching control strategy is conducted by optimal command theory based on Pontryagin's maximum principle to gain the controlled optimum sequence of Power-Take-Off forces. The results show that the wave energy converter with declutching control captures more energy than that without control and the former's amplitude and velocity is relatively larger. However, the amplification ratio of the absorbed power by declutching control is only slightly larger than 1. This may indicate that declutching control method may be inapplicable for oscillating wave energy converters with direct linear Power-Take-Off systems in real random sea state, considering the error of prediction of the wave excitation force.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.1
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pp.25-34
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2017
The concentric dual-buoy Wave Energy Converter (WEC), which consists of external buoy (hallow-cylinder) with toroidal appendage and cylindrical internal buoy within the moon-pool is suggested in this research and its performance in various wave conditions is studied. The Linear Electric Generator (LEG), consisting of a permanent magnet and coils, is used as a direct Power Take-Off (PTO) system. To maximize the electrical energy extracted from the PTO system, the relative heave motions between the dual buoys must be highly amplified by the multiple resonance phenomena of dual-buoy and internal-fluid motions. The high-performance range can be widened by distributing those natural frequencies with respect to the peak frequency of the wave spectrum. The performance of the newly developed dual-buoy WEC was measured throughout the systematic 1:5.95-model test in regular and irregular waves conducted in a wave tank at Seoul National University. The model-test results are also validated by an independently developed numerical method.
Kim, Jeongrok;Kweon, Hyuck-Min;Jeong, Weon-Mu;Cho, Il-Hyoung;Cho, Hong-Yeon
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.4
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pp.739-749
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2015
A new conceptual dual-buoy Wave Energy Converter (WEC) for the enhancement of energy extraction efficiency is suggested. Based on actual wave data, the design process for the suggested WEC is conducted in such a way as to ensure that it is suitable in real sea. Actual wave data measured in Korea's East Sea (position: $36.404N^{\circ}$ and $129.274E^{\circ}$) from May 1, 2002 to March 29, 2005 were used as the input wave spectrum for the performance estimation of the dual-buoy WEC. The suggested WEC, a point absorber type, consists of two concentric floating circular cylinders (an inner and a hollow outer buoy). Multiple resonant frequencies in proposed WEC affect the Power Ttake-off (PTO) performance of the WEC. Based on the numerical results, several design strategies are proposed to further enhance the extraction efficiency, including intentional mismatching among the heave natural frequencies of dual buoys, the natural frequency of the internal fluid, and the peak frequency of the input wave spectrum.
JO HYO-JAE;GOO JA-SAM;CHOI HAN-SUK;PARK JU-YONG;OH TAE-WON;KIM BYUNG-WOO;HA MUN-KEUN
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.18
no.6
s.61
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pp.16-21
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2004
This study presents the wave forces for spar platforms. The advantage of a spar platform is that it is easy to manufacture and has excellent to motion characteristics. It is important to precisely determine the wave force acting on spar platforms for their basic design of them. We measur the wave exciting force for both the classic spar and truss spar models, and accomplish the numerical calculation using diffraction theory. The results show that experimental values have good agreement with theoretical values. However it is difficult to accurately estimate the value considering the heave plate of truss spar due to the viscosity.
Jo, Hyo-Jae;Goo, Ja-Sam;Oh, Tae-Won;Kim, Byung-Won;Ha, Mun-Keun
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.10a
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pp.261-266
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2002
This study presents the wave forces for spar platforms. The advantage of spar platform is that it is easy to manufacture and excellency to motion characteristics. It is important to estimate exactly wave force acting spar platforms for basic design of them. We measured the wave exciting force for classic spar and truss spar model, and accomplished the numerical calculation using diffraction theory. The results show that experimental values are good agreement with theoretical values. But it is difficult to estimate accurate value considering the heave plate of truss spar due to the viscosity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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