To assess the station-keeping performance of floating structures in the Arctic region, the ice load should be considered along with other environmental loads induced by waves, wind, and currents. However, present methods for performance evaluation in the time domain are not effective in terms of time and cost. An ice load generation module is proposed based on the experimental data measured at the KRISO ice model basin. The developed module was applied to a time domain simulation. Using the results of a captive model test conducted in multiple directions, the statistical characteristics of ice loads were analyzed and processed so that an ice load corresponding to an arbitrary angle of the structure could be generated. The developed module is connected to commercial dynamic analysis software (OrcaFlex) as an external force input. Station-keeping simulation in the time domain was conducted for the same floating structure used in the model test. The mooring system was modeled and included to reflect the designed operation scenario. Simulation results show the effectiveness of the proposed ice generation module and its application to station-keeping performance evaluation. Considering the generated ice load, the designed structure can maintain a heading angle relative to ice up to 4°. Station-keeping performance is enhanced as the heading angle conforms to the drift direction. It is expected that the developed module will be used as a platform to verify station-keeping algorithms for Arctic floating structures with a dynamic positioning system.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.743-754
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2020
This study provides an insight of the nonlinear behavior of the Offshore Wind Turbine (OWT) structure using the distributed plasticity approach. The fiber section beam-column element is applied to construct the finite element model. The accuracy of the proposed model is verified using linear analysis via the comparison of the dynamic characteristics. For collapse risk assessment of OWT, the nonlinear effects considering the earthquake Incident Angle (IA) have been evaluated first. Then, the Incremental Dynamic Analysis (IDA) has been executed using a set of 20 near-fault records. Lastly, fragility curves are developed to evaluate the vulnerability of structures for different limit states. Attained results justify the accuracy of the proposed approach for the structural response against the ground motions and other environmental loads. It indicates that effects of static wind and wave loads along with the earthquake loads should be considered during the risk assessment of the OWT structure.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.6
s.144
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pp.644-653
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2005
In general the loads due to ocean wave are considered as main design parameters governing the global structural safety of VLFS (Very Large Floating Structure). In order to predict design wave loads accurately, hydro-elastic analysis must be conducted considering the initial global flexural rigidity of VLFS. However, in order to determine the structural scantling of major members (deck, bottom, side panels and longitudinal / transverse BHD etc.), static load and design wave loads must be given as explicit form generally. Therefore in order to determine a proper structural arrangement and scantlings of VLFS at initial design stage, both calculations of structural scantling and hydro-elastic analysis for wave conditions must be conducted iteratively and the convergence of their results must be checked. On this paper, based on the case design of a 500×300 m size's floating marina resort, the details of structural design technique using hydro-elastic analysis are explained and discussed. At first, the environmental conditions and the system requirements of the design of marina resort are described. The scantling formulas for the major members of pontoon type VLFS are proposed from the local and global design points of view. Considering the design wave loads as well as static design loads, the structural safety is checked iteratively.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.05a
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pp.104-109
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2002
In this paper, a statistical analysis of fatigue crack growth behavior under constant amplitude loads has been carried out. Fatigue crack growth tests were conducted on sixteen pre-cracked compact tension (CT) specimens of the pressure vessel (SPV50) steel in controlled identical load and environmental conditions. The assessment of the statistical distribution of fatigue crack growth experimental data obtained from SPV50 steel was studied and also the correlation of the parameter C and m in the Paris-Erdogan law was discussed. The probability distribution function of fatigue crack growth life seems to follow the 3-parameter Weibull. The fatigue crack growth rate seems to follow the 3-parameter Weibull and the log-normal distribution. The coefficient of variation (COV) of fatigue crack growth life was observed to decrease as the crack grows. A strong negative linear correlation exists between the coefficient C and the exponent m in Paris model. Fatigue crack growth rate data shows a normal distribution for both m and logC.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.6
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pp.48-55
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2004
Loads on offshore structures are largely transferred to the bracing members in the form of axial forces. The detrimental effects of imperfections on compressive strength are well recognized. Damage in the members of offshore structures would significantly affect the compressive behavior of the members. As a result, such damages may also affect the ability of the structure to withstand the functional and environmental loads. It is important to be able to assess the residual strength of damaged members quickly and accurately. This will help operators to make the decision whether the member has to be repaired or not. In this study, a series of calculation is performed to study the effects of different parameters on the behavior of such damaged members under axial load. And the results of analysis are compared with those of experiment.
Kwon, Yong-Ju;Nam, Bo Woo;Kim, Nam Woo;Won, Young-Uk;Park, In-Bo;Kim, Sea-Moon
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.33
no.3
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pp.214-221
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2019
A series of model tests was performed to evaluate the survivability of an articulated tower-type buoy structure under harsh environmental conditions. The buoy structure consisted of three long pipes, a buoyancy module, and top equipment. The scale model was made of acrylic pipe and plastic with a scale ratio of 1/22. The experiments were carried out at the ocean engineering basin of KRISO. The performance of the buoy structure was investigated under waves only and under combined environmental conditions from sea state (SS) 5 to 7. A nonlinear time-domain numerical simulation was conducted using the mooring analysis program OrcaFlex. The survivability of the buoy was analyzed based on three factors: the pitch motion, submergence of the top structure, and anchor reaction force. The model test results were directly compared to the results of numerical simulations. The effects of the sea state and combined environment on the performance of the buoy structure were investigated.
Park, Jong-Yong;Kim, Nakwan;Yoon, Hyeon Kyu;Kim, Su Yong;Cho, Hyeonjin
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.29
no.3
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pp.270-282
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2015
A submerged body moving near the free surface needs to maintain its attitude and position to accomplish missions. It is necessary to validate the performance of a designed controller before a sea trial. The hydrodynamic coefficients of maneuvering are generally obtained by experiments or computational fluid dynamics, but these coefficients have uncertainty. Environmental loads such as the wave exciting force and suction force act on the submerged body when it moves near the free surface. Thus, a controller for the submerged body should be robust to parameter uncertainty and environmental loads. In this paper, the six-degree-of-freedom equations of motions for the submerged body are constructed. The suction force is calculated using the double Rankine body method. An adaptive control method based on an artificial neural network and proportional-integral-derivative control are used for the depth controller. Simulations are performed under various depth and speed conditions, and the results show the effectiveness of the designed controller.
Excessive dynamic-tension variations on the top-tensioned risers (TTRs) deteriorate the structural integrity and cause potential safety hazards. This phenomenon has become more remarkable in the development of deep-water fields with harsher environmental loads. The conventional prediction method of tension variations in hydro-pneumatic tensioner (HPT) has the disadvantage to underestimate the magnitude of cyclic loads. The actual excessive dynamic tension variations are larger when considering the viscous frictional fluid effects. In this paper, a suppression method of tension variations in HPT is modeled by incorporating the magneto-rheological (MR) damper and linear-force actuator. The mathematical models of the combined HPT and MR damper are developed and a force-control scheme is introduced to compensate the excessive tension variations on the riser tensioner ring. Numerical simulations and analyses are conducted to evaluate the suppression of tension variations in HPT under both regular- and irregular-wave conditions for a drilling riser of a tensioned-leg platform (TLP). The results show that significant reduction of tension variations can be achieved by introducing the proposed system. This research has provided a theoretical foundation for the HPT tension control and related structural protection.
Increasing demand for large-sized Floating, Storage and Regasification Units (FSRUs) for oil and gas industries led to the development of novel geometric form of Buoyant Leg Storage and Regasification Platform (BLSRP). Six buoyant legs support the deck and are placed symmetric with respect to wave direction. Circular deck is connected to buoyant legs using hinged joints, which restrain transfer of rotation from the legs to deck and vice-versa. Buoyant legs are connected to seabed using taut-moored system with high initial pretension, enabling rigid body motion in vertical plane. Encountered environmental loads induce dynamic tether tension variations, which in turn affect stability of the platform. Postulated failure cases, created by placing eccentric loads at different locations resulted in dynamic tether tension variation; chaotic nature of tension variation is also observed in few cases. A detailed numerical analysis is carried out for BLSRP using Mathieu equation of stability. Increase in the magnitude of eccentric load and its position influences fatigue life of tethers significantly. Fatigue life decreases with the increase in the amplitude of tension variation in tethers. Very low fatigue life of tethers under Mathieu instability proves the severity of instability.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.5
s.149
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pp.560-567
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2006
FPSO and shuttle tanker are connected to each other by a mooring hawser and a loading hose through which cargo oil is off-loaded. Even in mild sea-state. environmental loads can cause unstable large drift motions between two vessels in tandem off-loading operations, which may result in collision incidents. Accordingly. the analysis on the relative motion between two vessels due to the environmental loads should be investigated in initial design stage. In this study, the low speed maneuvering equation is employed to simulate nonlinear motions of FPSO and shuttle tanker. Low frequency wave drift forces including hydrodynamic interactions between two vessels are evaluated by near field approaches. Current loads are determined by mathematical model of MMG and wind loads are calculated by employing the wind spectrum according to the guidelines of API-RP2A. Mooring forces produced by turret mooring lines and a flexible hawser are modeled quasi-statically by catenary equations. The effect of environmental loads that affect nonlinear motion is investigated through variation in their magnitudes and the nonlinear motions between FPSO and shuttle tanker are simulated under wave, current and wind in time domain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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