A numerical hydrodynamic performance analysis of the pitch-type multibody wave energy converter (WEC) is carried out based on both linear potential flow theory and computational fluid dynamics (CFD) in the unidirectional wave condition. In the present study, Salter's duck (rotor) is chosen for the analysis. The basic concept of the WEC rotor, which nods when the pressure-induced motions are in phase, is that it converts the kinetic and potential energies of the wave into rotational mechanical energy with the proper power-take-off system. This energy is converted to useful electric energy. The analysis is carried out using three WEC rotors. A multibody analysis using linear potential flow theory is performed using WAMIT (three-dimensional diffraction/radiation potential analysis program), and a CFD analysis is performed by placing three WEC rotors in a numerical wave tank. In particular, the spacing between the three rotors is set to 0.8, 1, and 1.2 times the rotor width, and the hydrodynamic interaction between adjacent rotors is checked. Finally, it is confirmed that the dynamic performance of the rotors slightly changes, but the difference due to the spacing is not noticeable. In addition, the CFD analysis shows a lateral flow phenomenon that cannot be confirmed by linear potential theory, and it is confirmed that the CFD analysis is necessary for the motion analysis of the rotor.
A unified theory is presented for the shape analysis of curved surface with a single layer structure composed by frame, membrane or shell. The shapes produced by the theory have no shear stress in elements, and the stress states in the whole shape are as uniform as possible under an ordinary load. The theory starts from defining an element potential function expressed by the measurement of the element length or the element area. Therefore, the shape analysis can produce various forms according to the definition of the potential function, and each of those form or the cable net form with the potential function of the second power of element length is simply gotten by the linear analysis. The form in tensile stress is mechanically equal to an isotropic tension form.
In ocean industry, free surface type ART (Anti Roll tank) system has been widely used to suppress the roll motion of floating structures. In those, various obstacles have been devised to obtain the sufficient damping and to enhance the controllability of freely rushing water inside the tank. Most of previous researches have paid on the development of simple mathematical formula for coupled ship-ARTs analysis although other numerical and experimental approaches exist. Little attention has been focused on the use of 3D panel method for preliminary design of free surface type ART despite its advantages in computational time and general capacity for hydrodynamic damping estimation. This study aims at developing a potential theory based hydrodynamic code for the analysis of floating structure with baffled ARTs. The sloshing in baffled tanks is modeled through the linear potential theory with FE discretization and it coupled with hydrodynamic equations of floating structures discretized by BEM and FEM, resulting in direct coupled FE-BE formulation. The general capacity of proposed formulation is emphasized through the coupled hydrodynamic analysis of floating structure and sloshing inside baffled ARTs. In addition, the numerical methods for natural sloshing frequency tuning and estimation of hydrodynamic damping ratio of liquid sloshing in baffled tanks undergoing wave exiting loads are developed through the proposed formulation. In numerical examples, effects of natural frequency tuning and baffle ratios on the maximum and significant roll motions are investigated.
We consider the problem of determining the singular stresses and electric fields in a piezoelectric ceramic strip containing a Griffith crack under in-plane normal loading within the framework of linear piezoelectricity. The potential theory method and Fourier transforms are used to reduce the problem to the solution of dual integral equations, which are then expressed to a Fredholm integral equation of the second kind. Numerical values on the field intensity factors are obtained, and the influences of the electric fields for PZT-6B piezoelectric ceramic are discussed.
A numerical analysis for wave motion in the shallow water is presented. The method is based on potential theory. The fully nonlinear free surface boundary condition is assumed in an inner domain and this solution is matched along an assumed common boundary to a linear solution in outer domain. In two-dimensional problem Cauchy's integral theorem is applied to calculate the complex potential and its time derivative along boundary.
In this paper, a numerical model to analyze the performance of a vertical slit-type wave absorber is developed under the assumption of inviscid water waves. The formulation combines the linear potential theory with a semi-empirical description of the eddy-shedding at a slit-type wave absorber. We investigated the reflection coefficients over a wide frequency range for a vertical slit-type wave absorber both with and without a solid rear wall. Model test was conducted at KRISO' s two dimensional wave tank to validate the theoretical results. It is found that the agreement between theoretical results and experimental data is surprisingly good. We found that the wave absorbing system using a vertical slit plate has sufficient potentials for breakwaters for ocean development.
The first order mation responses of a floating structure and the hydrodynamic forces in regular waves are obtained by means of the linear potential theory. The first order potential is obtained directly from the numerical solution of the improved Green integral equation which is characterized by the combined surface distribution of sources and normal doublets. The mean second order wave drift force is also calculated by means of the near field method. It seems that the present method gives more accurate numerical results than other methods and the agreement between numerical and experimental results appears to be satisfactory.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.14
no.4
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pp.282-285
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2002
The magnitude of evanescent modes in terms of dynamics is investigated in case that the transformation of water waves is predicted using the linear wave theory. In other words, derivation is made of both the kinetic and potential wave energies of evanescent modes as welt as propagating modes. The evanescent modes consist of compound components of propagating and evanescent modes, those of identically equal evanescent modes, and those of identically different evanescent modes. The wave energy per a horizontal distance decreases exponentially with the distance.
The dynamic response characteristics of a floating ocean city are examined for presenting the basic data for the design of huge offshore structures supported by a large number of floating bodies in waves. The numerical approach which is accurate in linear system is based on combination of a three dimensional source distribution method, wave interaction theory and the finite element method of using the space frame element. The hydrodynamic interactions among the floating bodies are taken into account in their exact form within the context of linear potential theory in the motion and structural analysis. The method is applicable to an arbitrary number of three dimensional bodies having any individual body geometries and geometrical arrangement with the restriction that the circumscribed, bottom-mounted. Imaginary vertical cylinder for each body does not contain any part of the other body. The validity of this procedure was verified by comparing with experimental results obtained in the literature.
The aim of the present work is to study the nonlinear behavior of the laminated composite plates under transverse sinusoidal loading using a new inverse trigonometric shear deformation theory, where geometric nonlinearity in the Von-Karman sense is taken into account. In the present theory, in-plane displacements use an inverse trigonometric shape function to account the effect of transverse shear deformation. The theory satisfies the traction free boundary conditions and violates the need of shear correction factor. The governing equations of equilibrium and boundary conditions associated with present theory are obtained by using the principle of minimum potential energy. These governing equations are solved by eight nodded serendipity element having five degree of freedom per node. A square laminated composite plate is considered for the geometrically linear and nonlinear formulation. The numerical results are obtained for central deflections, in-plane stresses and transverse shear stresses. Finite element Codes are developed using MATLAB. The present results are compared with previously published results. It is concluded that the geometrically linear and nonlinear response of laminated composite plates predicted by using the present inverse trigonometric shape function is in excellent agreement with previously published results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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