Hydrodynamic analyses of classic and truss spar platforms for floating offshore wind turbines (FOWTs) were performed in the frequency domain, by considering coupling effects of the structure and its mooring system. Based on the Morison equation and Diffraction theory, different wave loads over various frequency ranges and underlying hydrodynamic equations were calculated. Then, Response Amplitude Operators (RAOs) of 6 DOF motions were obtained through the coupled hydrodynamic frequency domain analysis of classic and truss spar-type FOWTs. Truss spar platform had better heave motion performance and less weight than classic spar, while the hydrostatic stability did not show much difference between the two spar platforms.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.18
no.6
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pp.577-583
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2012
Structures floating in the ocean experience various kinds of external loads, among which wave load is considered as determining factor in structural design. Its relative size compared with wavelength may be used to classify whether the structure is relatively small or large. Traditionally, the small structures are assumed to have little diffraction and the wave loads on large structure are usually calculated by only considering inertia force according to diffraction. In this paper, rectangular floating structures usually used in the ocean, river, and lake are used to find the relationship between hydrodynamic forces and its structural response.
Tension Leg Platform (TLP) is a floating structure that consists of four columns with large diameter. The diffraction theory is used to calculate the wave force of floating structures with large dimensions (TLP). In this study, the diffraction and Froude-Krylov wave forces of TLP for surge, sway and heave motions and wave force moment for roll, pitch degrees of freedom in different wave periods and three wave approach angles have been investigated. From the numerical results, it can be concluded that the wave force for different wave approach angle is different. There are some humps and hollows in the curve of wave forces and moment in different wave periods (different wavelengths). When wave incidents with angle 0 degree, the moment of diffraction force for pitch in high wave periods (low frequencies) is dominant. The diffraction force for heave in low wave periods (high wave frequencies) is dominant. The phase difference between Froude-Krylov and diffraction forces is important to obtain total wave force.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.3
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pp.369-376
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2010
In this study, a radiation and a diffraction problems of a floating body in two-layer fluids were solved by the Numerical Wave Tank(NWT) technique in the frequency domain. In two-layer fluids, two different wave modes exist and the hydrodynamic coefficients can be obtained separately for each mode. The two-domain Boundary Element Method(BEM) in the potential fluid using the whole-domain matrix scheme was used to investigate the characteristics of wave forces, added mass and damping coefficients. The effects of the ratio of density and water depth in the lower domain were also evaluated and compared with given references.
This paper presents the method of numerical analysis concerned with the hydropdynamic forces and moments of the floating bodies exerted by waves. The analytic methods of hydrodynamic wave forces and moments for large volume structures are generally classified into four categories ; the strip method, the boundary element method, the finite element method, and the potential matching method. In the case of the comparatively large structures, diffraction theory can be applied. However, there are no application limits of diffraction theory which have been known concerning with the analytic method of the rectangular structures. In this paper, the two-dimensional B.E.M. is treated for a moored small rectangular structure in order to evaluate applicability of diffraction theory. Numerical calculation is carried out for the structure. The results are compared with some other ones for verification. The result shows that diffraction theory is applicable to structures smaller than 0.15 in the ratio of the representative structure length d to wave length L for rectangular ones.
The application of computer model to the port and harbor development is categorized in the field of port development policy, economic analysis and evaluation, civil engineering analysis, hydrodynamic analysis, evaluation of social and natural environment effect, etc. The study in this paper, however, is limited to hydrodynamic analysis, especially the analysis of water wave propagation and response to the shore structure due to the construction and implementation of shore boundary, the mathematical formulation of the numerical model is established systematically based on the hybrid Element Method and applied to solving the wave refraction, diffraction and radiation problems for a circular basin, the artificial beach or lagoon in terms of coastal zone development.
The motion behaviors including hydrodynamic interaction and mechanical coupling effects on multiple-body floating platforms are simulated by using a time domain hull/mooring/riser coupled dynamics analysis program. The objective of this study is to evaluate off-diagonal hydrodynamic interaction effects and mechanical coupling effects on tandem moored FPSO and shuttle taker motions. In the multiple-body floating platforms interaction, hydrodynamic coupling effects with waves and mechanical coupling effects through the connectors should be considered. Thus, in this study, the multiple-body platform motions are calculated by Combined Matrix Method (CMM) as well as Separated Matrix Method (SMM). The advantage of the combined matrix method is that it can include all the 6Nx6N full hydrodynamic and mechanical interaction effects among N bodies. Whereas, due to the larger matrix size, the calculation time of Combined Matrix Method (CMM) is longer than the Separated Matrix Method (SMM). On the other hand, Separated Matrix Method (SMM) cannot include the off-diagonal 6x6 hydrodynamic interaction coefficients although it can fully include mechanical interactions among N bodies. To evaluate hydrodynamic interaction and mechanical coupling effects, tandem moored FPSO and shuttle tanker is simulated by Combined Matrix Method (CMM) and Separated Matrix Method (SMM). The calculation results give a good agreement between Combined Matrix Method (CMM) and Separated Matrix Method (SMM). The results show that the Separated Matrix Method (SMM) is more efficient for tandem moored FPSO and shuttle tanker. In the numerical calculation, the hydrodynamic coefficients are calculated from a 3D diffraction/radiation panel program WAMIT, and wind and current forces are generated by using the respective coefficients given in the OCIMF data sheet.
The platform and floating structure of spar type offshore wind turbine systems should be designed in order for the 6-DOF motions to be minimized, considering diverse loading environments such as the ocean wave, wind, and current conditions. The objective of this study is to optimally design the platform and substructure of a 3MW spar type wind turbine system with the maximum postural stability in 6-DOF motions as well as the minimum material cost. Therefore, design variables of the platform and substructure were first determined and then optimized by a hydrodynamic analysis. For the hydrodynamic analysis, the body weight of the system was considered, and the ocean wave conditions were quantified to the wave forces using the Morison's equation. Moreover, the minimal number of computation analysis models was generated by the Design of Experiments (DOE), and the design variables of the platform and substructure were finally optimized by using a genetic algorithm with a neural network approximation.
The paper presents an optimization system which integrates a parametric design tool, 3D diffraction-radiation analysis and hydrodynamic performance assessment based on short and long term wave statistics. Controlled by formal optimization strategies the system is able to design offshore structure hulls with superior seakeeping qualities. The parametric modeling tool enables the designer to specify the geometric characteristics of the design from displacement over principal dimensions down to local shape properties. The computer generates the hull form and passes it on to the hydrodynamic analysis, which computes response amplitude operators (RAOs) for forces and motions. Combining the RAOs with short and long-term wave statistics provides a realistic assessment of the quality of the design. The optimization algorithm changes selected shape parameters in order to minimize forces and motions, thus increasing availability and safety of the system. Constraints ensure that only feasible designs with sufficient stability in operation and survival condition are generated. As an example the optimization study of a semisubmersible is discussed. It illustrates how offshore structures can be optimized for a specific target area of operation.
Floating breakwaters have been recently studied to reduce the transmission ratio of wave energy. The numerical study shows how wave pressure and stress act on the rectangular floating breakwater under various regular wave conditions. In order to evaluate hydrodynamic pressure on the floating breakwater, the infinite element is applied to the linear wave diffraction and radiation problems. SAP2000, a structural analysis program, is used to evaluate stress on the floating breakwater.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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