Nho, In Sik;Lee, Jae-Man;Oh, Young-Taek;Kim, Sung-Chan
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.2
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pp.85-91
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2016
The most important factor in the structural design of ships and offshore structures operating in arctic region is ice load, which results from ice-structure interaction during the ice collision process. The mechanical properties of ice related to strength and failure, however, show very complicated aspect varying with temperature, volume fraction of brine, grain size, strain rate and etc. So it is nearly impossible to establish a perfect material model of ice satisfying all the mechanical characteristics completely. Therefore, in general, ice collision analysis was carried out by relatively simple material models considering only specific aspects of mechanical characteristics of ice and it would be the most significant cause of inevitable errors in the analysis. Especially, it is well-known that the most distinctive mechanical property of ice is high dependency on strain rate. Ice shows brittle attribute in higher strain rate while it becomes ductile in lower strain rate range. In this study, the simulation method of ice collision to ship hull using the nonlinear dynamic FE analysis was dealt with. To consider the strain rate effects of ice during ice-structural interaction, strain rate dependent constitutive model in which yield stress and hardening behaviors vary with strain rate was adopted. To reduce the huge amount of computing time, the modeling range of ice and ship structure were restricted to the confined region of interest. Under the various scenario of ice-ship hull collision, the structural behavior of hull panels and failure modes of ice were examined by nonlinear FE analysis technique.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.3
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pp.236-242
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2018
Damage due to ice collision is the most serious threat for the structural safety of ships operating in arctic region. Since such hull damages are usually caused by the collision of floating ice at excessive voyage speed of ships, the authorities responsible for the shipping at arctic sea are required to provide the speed limit for safe voyage, so-called safe speed. In countries near arctic ocean, such as Canada and Russia, empirical methods to determine the safe speed of ships based on their long experience of arctic voyage have been established and applied them in the real arctic navigation. However, in Korea, it is not easy to accumulate the arctic voyage experience and related technical database, so it seems to be a realistic approach to adopt a safe voyage speed estimating method in arctic sea based on the ice collision simulation technology using the nonlinear finite element analysis. The aim of this study is to develop a technique for estimating the safe voyage speed of vessels operating at arctic sea through the ice collision analysis, In order to achieve this goal, the standard procedure of the ice collision analysis is dealt with and example analysis was carried out and the results were considered. To investigate the validity of developed method, POLARIS system proposed by IMO was studied for comparison.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.3
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pp.367-375
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2018
The present paper considers the contact between energy-saving device of ice-class vessel and ice block. The main objective of this study is to clarify the tendency of the ice impact force and the structural response as well as interaction effects of them. The contact analysis is performed by using LS-DYNA finite element code. The main collision scenario is based on Finnish-Swedish ice class rules and a stern duct model is used as an energy-saving device. For the contact force, two modelling approaches are adopted. One is dynamic indentation model of ice block based on the pressure-area curve. The other is numerical material modelling by LS-DYNA. The authors investigated the sensitivity of the structural response against the ice contact pressure, the interaction effect between structure and ice block, and the influence of eccentric collision. The results of these simulations are presented and discussed with respect to structural safety.
As arctic energy resource is attracting public attention, arctic shipping market will also be growing in large as expected to increase in LNG trade from Arctic area to the western countries by shipping. During the voyages through such routes, collision with icebergs may be possible. In the present report, ice collision analyses are carried out from a practical point of view to verify the safety of hull structural strength of LNG carriers equipped with GTT $MKIII^{TM}$ membrane type cargo containment system. From the results of collision analyses and the operation-friendly design concept of no-repairing of cargo containment system, a safe operating envelope against ice collision is proposed for LNG carriers of membrane type cargo containment system. Based on the currently proposed safety criteria, it is concluded that LNG carriers with membrane tank type can operate safely with regard to the integrity of CCS in regions where collision between LNG carrier and iceberg is expected.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.6
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pp.469-477
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2012
This paper describes the characteristic analysis of ice impact force for the Arctic structure shape. In the present study an energy method has been used to predict the impact force during the ice-structure collision. This study also employs two concepts for reference contact area and normalized stress in analysis procedure. The influences of factors, such as impact velocity, full penetration depth, structure shape and ice floe size, are investigated. Full penetration occurs, particularly at lower impact velocity when ice thickness increase. But "typical size" ice floe does not expected ever to achieve full penetration during the impact procedure. The structure shape is the dominant factor in ice impact force characteristic. The results for various ice-structure collision scenarios are analyzed.
Nho, In Sik;Yun, Young-Min;Park, Man-Je;Oh, Young-Taek;Kim, Sung-Chan
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.28
no.2
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pp.126-132
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2014
In this study, a method for analyzing the collision and interaction between ice bergy bits and a Mark III type liquid natural gas (LNG) carrier was considered, and the structural safety of a ship's hull and cargo containment system (CCS) was evaluated. In the analysis, a constitutive model implementing the strain rate dependant mechanical property was used to consider the typical material characteristics of ice rationally. A relatively simple and easy ice structure interaction analysis procedure, compared with the accurate but complicated FSI analysis scheme, was suggested. When the ice bergy bits collided with ship's side hull under the four assumed scenarios, the structural behaviors of the ship structure and LNG CCS were simulated by applying the suggested ice collision analysis procedure using the commercial hydro-code LS-DYNA. In addition, the effects of the shapes and colliding speed of the ice bergy bits on the ice-structure interaction and safety of the CCS were examined in detail.
In this paper, a framework is proposed for dynamic analysis of train-bridge systems with a damaged pier after barge collision. In simulating the barge-pier collision, the concrete pier is considered to be nonlinear-inelastic, and the barge-bow is modeled as elastic-plastic. The changes of dynamic properties and deformation of the damaged pier, and the additional unevenness of the track induced by the change of deck profile, are analyzed. The dynamic analysis model for train-bridge coupling system with a damaged pier is established. Based on the framework, an illustrative case study is carried out with a $5{\times}32m$ simply-supported PC box-girder bridge and the ICE3 high-speed train, to investigate the dynamic response of the bridge with a damaged pier after barge collision and its influence on the running safety of high-speed train. The results show that after collision by the barge, the vibration properties of the pier and the deck profile of bridge are changed, forming an additional unevenness of the track, by which the dynamic responses of the bridge and the car-body accelerations of the train are increased, and the running safety of high-speed train is affected.
Min, Jung Ki;Cheon, Eun-Jee;Kim, Jin Myung;Lee, Sang Chul;Choi, Kyungsik
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.6
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pp.529-535
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2016
This study focuses on the comparison of measured data from 6-DOF motion sensor and strain gauge installed in the IBRV ARAON during 2015 summer voyage in the Arctic. Procedures to calculate the global ice load from MotionPak II inertial measurement system and the local load from stain gauge system are discussed. The ship's speed and peak load are determined in the concept of an ice collision "event". It is found that the peak values in the global ice calculated form whole ship motion analysis fall in the range of 1.5~3 times of the local ice load based in strain gauge measurement.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.7
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pp.3244-3251
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2012
In the construction and operation of large marine structure, hazard risk analysis is one of important factors. Therefore, this paper investigates the hazard risk indexes and evaluates the risk level in the construction and operation of SFT on the basis of expert survey and Fuzzy analytic hierarchy process. Hazard risk is divided into natural hazard risk (earthquake, typhoon, tsunami, and ice collision) and human factor hazard risk (fire, explosion, traffic accident, ship or submarine collision). Also, the influence of hazard risk indexes on SFT was evaluated in tunnel tube, supporting system, ventilation tower, foundation, and connection part. As the hazard risk level of SFT is compared with those of bridge, underwater tunnel, and immersed tunnel, the intrinsic risk level of SFT was evaluated. Tsunami and earthquake had higher risk level in natural hazard risk, and the risk levels of fire and explosion were higher in human factor hazard risk. Hazard risk level of SFT was 1.4 times higher than immersed tunnel, and 3.2 times higher than bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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