In this research a numerical simulation method is developed for moving body in free surface flows using fixed staggered rectangular grid system. The non-linear free surface near the body is defined by marker-density method. The body boundary is defined by line segment connecting the points where the body surface and grid line meet. Continuity equation and Navier-Stokes equations are used as governing equations and the equations are coupled with two-step projection method. The velocities and pressures of body boundary and free surface cells are calculated with simultaneous iterative method. To treat a body movement in a fixed grid system, the volume displaced by moving body is added to the divergence of the body boundary cell. For the verification of the present numerical method. vortex shedding period of advancing cylinder is calculated and the period is compared with existing experiment results. Moreover, added mass and damping coefficients of a vertically excited box are calculated and the computed results are compared with published experiment results. Impulsive pressure and water level variation due to sloshing phenomenon are simulated and the results are compared with published experiment results. Varying the plunger shape, the waves generated by plunging type wave maker are compared with the 2nd order Stokes wave theory The plunger shape generating the wave that shows the best agreement with the theory is represented.
The tension leg platform (TLP) is one of the compliant structures which are generally used for deep water oil exploration. With respect to the horizontal degrees of freedom, it behaves like a floating structure moored by vertical tethers which are pretension due to the excess buoyancy of the platform, whereas with respect to the vertical degrees of freedom, it is stiff and resembles a fixed structure and is not allowed to float freely. In the current study, a numerical study for square TLP using modified Morison equation was carried out in the time domain with water particle kinematics using Airy's linear wave theory to investigate the effect of changing the tether tension force on the stiffness matrix of TLP's, the dynamic behavior of TLP's; and on the fatigue stresses in the cables. The effect was investigated for different parameters of the hydrodynamic forces such as wave periods, and wave heights. The numerical study takes into consideration the effect of coupling between various degrees of freedom. The stiffness of the TLP was derived from a combination of hydrostatic restoring forces and restoring forces due to cables. Nonlinear equation was solved using Newmark's beta integration method. Only uni-directional waves in the surge direction was considered in the analysis. It was found that for short wave periods (i.e., 10 sec.), the surge response consisted of small amplitude oscillations about a displaced position that is significantly dependent on tether tension force, wave height; whereas for longer wave periods, the surge response showed high amplitude oscillations that is significantly dependent on wave height, and that special attention should be given to tethers fatigue because of their high tensile static and dynamic stress.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.51
no.4
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pp.504-511
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2015
In this paper, the results of evaluating the passenger comfort due to the standard deviation of acceleration in vertical and lateral direction regarding the ship response in irregular wave by ordinary strip method in regular wave and energy spectrum using linear superposition theory in order to evaluate the motion of experimental ship are as follows. According to the results of ship response, it was possible to find that, in order to reduce the motion of ship, a ship operating in bow sea was more stable than in quartering sea. In the results of analyzing the standard deviation of acceleration in vertical direction according to each component wave pattern, when there was a wave length of 56m and an average wave period of 6 sec, most of cases showed the peak value. And among them, the standard deviation was 0.35 which was the highest in head sea. And in case of lateral direction, the maximum value was shown in a wave length of 100m and an average wave period of 8 sec. And it was 0.16 in beam sea and ${\chi}=150^{\circ}$. In the evaluation of passenger comfort due to standard acceleration in vertical and lateral direction, it was 80% in head and bow sea. On the other hand, it was shown to be 15% in follow sea. Accordingly, when the expected wave height in a sea area where a training ship was intended to operate was known, it was possible to predict the routing of ship. And altering her course could reduce the passenger comfort by approximately 50%.
Selected Papers of The Society of Naval Architects of Korea
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v.2
no.1
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pp.47-62
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1994
Herein the surge-heave-pitch motion of a ship in harbor has been analyzed within the framework of linear potential theory. The ship is assumed to be slender and moored at an arbitrary position in a rectangular harbor with a constant depth. The coast line is assumed to be straight. The ship and harbor responses to incident long waves are represented in terms of Green's function, which is the solution of tole Helmholtz equation satisfying necessary boundary conditions. An integral equation is obtained from matching condition between harbor and ocean solutions, and it is replaced by an equivalent variational form. Numerical results sallow that the ship motion can be highly amplified at the frequencies, where the harbor is resonated by the incident wave. At the resonant frequencies, the added mass for vertical motions becomes negative and the damping forte changes abruptly.
The hydrodynamic instability of the three-dimensional boundary-layer over a rotating disk has been numerically investigated for three cases flows using linear stability theory (i.e. Rossby number, Ro = -1, 0, and 1). Detailed numerical values of the disturbance wave number, wave frequency, azimuth angle, radius (Reynolds number, Re) and other characteristics have been calculated for $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$, Ekman and $B{\"{o}}ewadt$ boundary-layer flows. Neutral curves for these flows are presented. Presented are the neutral stability results concerning the two instability modes (Type I and Type II) by using a two-point boundary value problem code COLUEW that was based upon the adaptive orthogonal collocation method using B-spline. The prediction from the present results on both instability modes among the three cases agrees with the previously known numerical and experimental data well.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.2
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pp.75-84
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1997
The up-to-date fatigue strength assessment system for ship structures was developed based on the spectral analysis method and numerical calculation for a membrane type LNG carrier was carried out to verify the effectiveness of the developed system. The wave induced loads acting on the ship's hull were calculated based on strip theory. And introducing the concept of influence factor and 3-D fine mesh structural analysis, direct calculation of long-term distribution of wave induced stress components was realized. Using the derived long term distribution of stress components and Miner-Parmgren's linear damage accumulation rule, fatigue strength of structural components were investigated.
The amplitudes and periods of wind-driven, surface gravity waves in the Yellow Sea, were calculated using the SMB hindcasting method. Bottom orbital velocities and bottom shear stresses were then calculated on the basis of linear wave theory and Kajiura's (1968) turbulent oscillating boundary layer analyses. These calculations were made for northwesterly and southwesterly winds with a steady speed of 40 knots. The numerical results show that the wide offshore areas along the western Korean Peninsula are persistently subjected to the strong wave action and bottom shear stresses produced by the prevailing winds.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.20
no.2
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pp.37-42
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1983
This paper presents a procedure within the framework of linear potential theory for predicting the lateral drifting forces on a cylinder floating on the free surface of a finite depth water. The disturbance of a regular incident wave caused by the presence of the floating body is represented by the sum of the diffracted and radiated wave potentials, which are determined by using Green's theorem. The lateral drifting forces are calculated by use of momentum theorem, and the scattered waves are expressed in their asymptotic forms. The computed lateral drifting forces on a Lewis form cylinder(b/T=1.25, $\sigma$=0.95) for water depth to draft ratio of 5.0 are compared with the Kyozuka's experimental results for a deep water, and found to be in good agreement. The water depth effects on drifting forces of the same model are also calculated.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.5
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pp.425-432
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2012
Viscous flow fields of side-by-side arranged two-dimensional floating bodies are numerically simulated by a Navier-Stokes equation solver. Two identical bodies with a narrow gap are forced to heave and sway motions. Square and rounded bilge hull forms are compared to find out the effects of vortex shedding on damping force. Wave height, force RAOs, added mass and damping coefficients including non-diagonal cross coefficients are calculated and a similarity between the wave height and force RAOs is discussed. CFD which can take into account of viscous damping and vortex shedding shows better results than linear potential theory.
The paper studies the attenuation of the axisymmetric longitudinal waves propagating in the bi-layered hollow cylinder made of linear viscoelastic materials. Investigations are made by utilizing the exact equations of motion of the theory of viscoelasticity. The dispersion equation is obtained for an arbitrary type of hereditary operator of the materials of the constituents and a solution algorithm is developed for obtaining numerical results on the attenuation of the waves under consideration. Specific numerical results are presented and discussed for the case where the viscoelasticity of the materials is described through fractional-exponential operators by Rabotnov. In particular, how the rheological parameters influence the attenuation of the axisymmetric longitudinal waves propagating in the cylinder under consideration, is established.
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