In this study, the wave profiles and kinematics of highly nonlinear waves at various water depths were calculated using a 2D fully nonlinear Numerical Wave Tank (NWT). The NWT was developed based on the Boundary Element Method (BEM) with the potential theory and the mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) time marching scheme by 4th-order Runge-Kutta time integration. The spatial variation of intermediate-depth waves along the direction of wave propagation was caused by the unintended generation of 2nd-order free waves, which were originally investigated both theoretically and experimentally by Goda (1998). These free waves were induced by the mismatch between the linear motion of wave maker and nonlinear displacement of water particles adjacent to the maker. When the 2nd-order wave maker motion was applied, the spatial modulation of the waves caused by the free waves was not observed. The respective magnitudes of the nonlinear wave components for various water depths were compared. It was found that the high-order wave components greatly increase as the water depth decreases. The wave kinematics at various locations were calculated and compared with the linear and the Stokes 2nd-order theories.
Based on Banach fixed point theorem, a method to calculate nonlinear superposition for three interacting Stokes' waves is proposed in this paper. A mathematical formulation for the nonlinear superposition in deep water and some numerical solutions were investigated. The authors carried out the numerical study with three progressive linear potentials of different wave numbers and succeeded in solving the nonlinear wave profiles of their three wave-interaction, that is, using only linear wave potentials, it was possible to realize the corresponding nonlinear interacting wave profiles through iteration of the method. The stability of the method for the three interacting Stokes' waves was analyzed. The calculation results, together with Fourier transform, revealed that the iteration made it possible to predict higher-order nonlinear frequencies for three Stokes' waves' interaction. The proposed method has a very fast convergence rate.
This paper provides a practical stochastic method by which the burial and scour depths of truncated cones exposed to long-crested (2D) and short-crested (3D) nonlinear random waves can be derived. The approach is based on assuming the waves to be a stationary narrow-band random process, adopting the Forristall (2000) wave crest height distribution representing both 2D and 3D nonlinear random waves. Moreover, the formulas for the burial and the scour depths for regular waves presented by Catano-Lopera et al. (2011) for truncated cones are used. An example of calculation is also presented.
This paper provides a practical stochastic method by which the maximum equilibrium scour depth around spherical bodies exposed to long-crested (2D) and short-crested (3D) nonlinear random waves can be derived. The approach is based on assuming the waves to be a stationary narrow-band random process, adopting the Forristall (2000) wave crest height distribution representing both 2D and 3D nonlinear random waves, and using the regular wave formulas for scour and self-burial depths by Truelsen et al. (2005). An example calculation is provided.
An adaptive nonlinear artificial dissipation model is presented for performing aeroacoustic computations by the high-order and high-resolution numerical schemes based on the central finite differences. An effective formalism of it is devised by combining a selective background smoothing term and a well-established nonlinear shock-capturing term which is for the temporal accuracy as well as the numerical stability. A conservative form of the selective background smoothing term is presented to keep accurate phase speeds of the propagating nonlinear waves. The nonlinear shock-capturing term that has been modeled by the second-order derivative term is combined with it to improve the resolution of discontinuities and stabilize the strong nonlinear waves. It is shown that the improved artificial dissipation model with an adaptive control constant which is independent of problem types reproduces the correct profiles and speeds of nonlinear waves, suppresses numerical oscillations near discontinuity and avoids unnecessary damping on the smooth linear acoustic waves. The feasibility and performance of the adaptive nonlinear artificial dissipation model are investigated by the applications to actual computational aeroacoustics problems.
Yarramsetty, Poorna Chandra Rao;Domala, Vamshikrishna;Poluraju, P.;Sharma, R.
Ocean Systems Engineering
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v.9
no.3
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pp.219-240
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2019
This paper presents the comparison between SFT response with linear and nonlinear cables. The dynamic response analysis of submerged floating tunnel (SFT) is presented computationally with linear and nonlinear tension legs cables. The analysis is performed computationally for two wave directions one at 90 degrees (perpendicular) to tunnel and other at 45 degrees to the tunnel. The tension legs or cables are assumed as linear and non- linear and the analysis is also performed by assuming one tension leg or cable is failed. The Response Amplitude Operators (RAO's) are computed for first order waves, second order waves for both failure and non-failure case of cables. For first order waves- the SFT response is higher for sway and heave degree of freedom with nonlinear cables as compared with linear cables. For second order waves the SFT response in sway degree of freedom is bit higher response with linear cables as compared with nonlinear cables and the SFT in heave degree of freedom has higher response at low time periods with nonlinear cables as compared with linear cables. For irregular waves the power spectral densities (PSD's) has been computed for sway and heave degrees of freedom, at $45^0$ wave direction PSD's are higher with linear cables as compared with nonlinear cables and at $90^0$ wave direction the PSD's are higher with non-linear cables. The mooring force responses are also computed in y and z directions for linear and nonlinear cables.
Dynamic response analysis of offshore triceratops with stiffened buoyant legs under impact and non-impact waves is presented. Triceratops is relatively new-generation complaint platform being explored in the recent past for its suitability in ultra-deep waters. Buoyant legs support the deck through ball joints, which partially isolate the deck by not transferring rotation from legs to the deck. Buoyant legs are interconnected using equally spaced stiffeners, inducing more integral action in dispersing the encountered wave loads. Two typical nonlinear waves under very high sea state are used to simulate impact and non-impact waves. Parameters of JONSWAP spectrum are chosen to produce waves with high vertical and horizontal asymmetries. Impact waves are simulated by steep, front asymmetric waves while non-impact waves are simulated using Stokes nonlinear irregular waves. Based on the numerical analyses presented, it is seen that the platform experiences both steady state (springing) and transient response (ringing) of high amplitudes. Response of the deck shows significant reduction in rotational degrees-of-freedom due to isolation offered by ball joints. Weak-asymmetric waves, resulting in non-impact waves cause steady state response. Beat phenomenon is noticed in almost all degrees-of-freedom but values in sway, roll and yaw are considerably low as angle of incidence is zero degrees. Impact waves cause response in higher frequencies; bursting nature of pitch response is a clear manifestation of the effect of impact waves on buoyant legs. Non-impact waves cause response similar to that of a beating phenomenon in all active degrees-of-freedom, which otherwise would not be present under normal loading. Power spectral density plots show energy content of response for a wide bandwidth of frequencies, indicating an alarming behaviour apart from being highly nonlinear. Heave, being one of the stiff degrees-of-freedom is triggered under non-impact waves, which resulted in tether tension variation under non-impact waves as well. Reduced deck response aids functional requirements of triceratops even under impact and non-impact waves. Stiffened group of buoyant legs enable a monolithic behaviour, enhancing stiffness in vertical plane.
In tire presence of incident waves with different frequencies, there are second order sum and difference frequency wave exciting forces due to the nonlinearity of tire incident waves. Although the magnitude of these nonlinear wave forces are small, they act on TLPs at sum and difference frequencies away from those of the incident waves. So, the second order sum and difference frequency waveexciting forces occurring close to tire natural frequencies of TLPs often give greater contributions to high and law frequency resonant responses. Nonlinear motion responses and tension variations in the time domain are analyzed by solving the motion equations with nonlinear wave exciting forces using tire numerical analysismethod. The numerical results of time domain analysis for the nonlinear wave exciting forces on the ISSC TLP in regular waves are compared with the numerical and experimental ones of frequency domain analysis. The results of this comparison confirmed tire validity of the proposed approach.
In this paper, the extended Biot's semilinear model was developed. Combining the extended Biot model with the dynamic equation yields the nonlinear wave equation in poproelastic sound absorbing materials. Both perturbation and matching techniques are used to find solutions for nonlinear wave equations. By comparing results between linear and nonlinear wave solutions, characteristics of nonlinear waves in poroelastic sound abosrbing materials have been studied. Nonlinear waves were found to be attenuated faster than the linear ones. A maximum amplitude of the nonlinear wave occurred near its surface boundaries and decay quickly with distance from the surface. It has also been found that, if the amplitudes of linear waves are known at the surface boundaries, those of nonlinear ones can be determined. This will be the basis of finding effects of nonlinearity on the absorption coefficient and the transmission loss.
We study the stability of traveling waves of a certain chemotaxis model. The traveling wave solution is a central object of study in a chemotaxis model. Kim et al. [8] introduced a model on a population and nutrient densities based on a nonlinear diffusion law. They proved the existence of traveling waves for the one dimensional Cauchy problem. Existence theory for traveling waves is typically followed by stability analysis because any traveling waves that are not robust against a small perturbation would have little physical significance. We conduct a numerical nonlinear stability for a few relevant instances of traveling waves shown to exist in [8]. Results against absolute additive noises and relative additive noises are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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