Internal solitary waves occur due to density stratification and are nonlinear in nature. These waves have been observed in many parts of the world including the South China Sea, Andaman Sea and Sulu Sea. Their effect on floating systems has been an emerging field of interest and recent offshore developments in the South China Sea where several offshore oil and gas discoveries are located have confirmed adverse effects including large platform motions and riser system damage. A valid numerical model conforming to the physics of internal waves is implemented in this paper and the effect on a spar platform is studied. The physics of internal waves is modeled by the Korteweg-de Vries (KdV) equation, which has a general solution involving Jacobian elliptical functions. The effects of vertical density stratification are captured by solving the Taylor Goldstein equation. Fully coupled time domain analyses are conducted to estimate the effect of internal waves on a typical truss spar, which is configured to South China Sea development requirements and environmental conditions. The hull, moorings and risers are considered as an integrated system and the platform global motions are analyzed. The study could be useful for future guidance and development of offshore systems in the South China Sea and other areas where the internal wave phenomenon is prominent.
Differing from the fixed-type, the dynamic motion of floating-type offshore wind turbines is very sensitive to wind and wave excitations. Thus, the sensing and monitoring of its motion is important to evaluate the dynamic responses to the external excitation. In this context, a monitoring system for sensing and processing the wind-induced dynamic motion of spar-type floating offshore wind turbine is developed in this study. It is developed by integrating a 1/00 scale model of 2.5MW spar-type floating offshore wind turbine, water basin equipped with the wind generator, sensing and data acquisition systems, real-time CompactRIO controller and monitoring program. The scale model with the upper rotatable blades is installed within the basin by means of three mooring lines, and its translational and rotational motions are detected by 3-axis inclinometer and accelerometers and gyroscope. The detected motion signals are processed using a real-time controller CompactRIO to calculate the acceleration and tilting angle of nacelle and the attitude of floating platform. The developed monitoring system is demonstrated and validated by measuring and evaluating the time histories and trajectories of nacelle and platform motions for three different wind velocities and for eight different fairlead positions.
Kim, Kyong Hwan;Hong, Jang Pyo;Park, Sewan;Lee, Kangsu;Hong, Keyyong
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.19
no.1
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pp.7-17
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2016
The present study experimentally considers dynamic performance of large floating wave-offshore hybrid power generation platform in extreme conditions. In order to evaluate the motion performance of the large floating hybrid power generation platform, 1/50 scaled model was manufactured. A mooring line was also manufactured, and free-decay and static pull-out tests were carried out to check the mooring model. A mooring line table was introduced to satisfy the water depth, and environmental conditions were checked. Motion responses in regular waves were measured and complicated environmental conditions including wave, wind, and current were applied to see the dynamic performance in extreme/survival conditions. Maximum motion and acceleration were judged following the design criteria, and maximum offset and mooring tension were also checked based on the rule. The characteristics of hybrid power generation platform are discussed based on these data.
Characteristics of a turbulence wind model control the magnitude and frequency distribution of wind loading on floating offshore wind turbines (FOWTs), and an in-depth understanding of how wind spectral characteristics affect the responses, and ultimately the design cost of system components, is in shortage in the offshore wind industry. Wind spectrum models as well as turbulence intensity curves recommended by the International Electrotechnical Commission (IEC) have characteristics derived from land-based sites, and have been widely adopted in offshore wind projects (in the absence of site-specific offshore data) without sufficient assessment of design implications. In this paper, effects of wind spectra and turbulence intensities on the strength or extreme responses of a 5 MW floating offshore wind turbine are investigated. The impact of different wind spectral parameters on the extreme blade loads, nacelle accelerations, towertop motions, towerbase loads, platform motions and accelerations, and mooring line tensions are presented and discussed. Results highlight the need to consider the appropriateness of a wind spectral model implemented in the strength design of FOWT structures.
Offshore structures might encounter several environmental and operating conditions during their lifetime of several decades. In order to predict the dynamic behavior of offshore structures, several simulation cases should be considered to deal with all the combinations of ocean environments and operating conditions. Because a sophisticated time-domain coupled dynamic analysis requires an extremely large amount of computational time to handle all the possible cases, an efficient preliminary process to prescreen the probability of severe environmental conditions can be helpful in downsizing the number of simulation cases and computational effort. In this study, a prescreening procedure to reduce the number of environmental conditions for dynamic analyses of offshore structures is proposed. For the efficiency of the procedure, frequency-domain theories were adopted to estimate the platform offset, using quasi-static analyses in line tension prediction. The results were validated by comparing with those of dynamic analysis coupled between platform and mooring lines, and reasonable agreement was observed. In addition, the characteristics of environmental conditions classified to be severe to the system were investigated through the application of the developed prescreening scheme to several actual environmental conditions.
Based on classical viscoelastic damper, a brand-new damper is designed by the change of simple construction to implement vibration control for both translational vibration and rotational vibration simultaneously. Theoretic analysis has been carried out on the restoring force model and the control parameters. Two improved models are presented to obtain high simulation precision. The influence of the size, shape of the viscoelastic material, the ambient temperature and the response frequency on the vibration control effect is analyzed. The numerical results show that the new type viscoelastic damper is capable of mitigating the multi-dimensional seismic response of offshore platform and the response control effect has complicated relations with aforementioned related factors.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.8
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pp.905-911
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2012
To establish a floating offshore wind turbine simulation model, a tension leg platform is added to an onshore wind turbine. The wind load is calculated by using meteorological administration data and a power law that defines the wind velocity according to the height from the sea surface. The wind load is applied to the blade and wind tower at a regular distance. The relative Morison equation is employed to generate the wave load. The rated rotor speed (18 rpm) is applied to the hub as a motion. The dynamic behavior of a 2-MW floating offshore wind turbine subjected to the wave excitation and wind load is analyzed. The flexible effects of the wind tower and the blade are analyzed. The flexible model of the wind tower and blade is established to examine the natural frequency of the TLP-type offshore wind turbine. To study the effect of the flexible tower and blade on the floating offshore wind turbine, we modeled the flexible tower model and flexible tower-blade model and compared it with a rigid model.
Kim, Nam Woo;Nam, Bo Woo;Choi, Young Myung;Hong, Sa Young
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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v.1
no.3
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pp.168-175
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2015
This study consists of an experimental investigation of the reduction of the second-order roll motion of a semi-submersible platform in head sea conditions by adding hull damping. The second-order heave drift force and roll drift moment are known to be the main triggers that induce the list angle (Hong et al., 2010). Hong et al. (2013) used numerical calculations to show the possibility of reducing the list angle by changing the pontoon shape and adding a damping device on the hull. One of their findings was that the reduction in the list angle due to the increase in pontoon surface damping was significant. A series of model tests were carried out with a 1:50 scaled model of semi-submersible at the KRISO wave basin. The experiments indicated that adding damping on the hull surface effectively suppressed the list angle.
A novel multistage approach is developed for structural model updating based on sensitivity ranking of the selected updating parameters. Modal energy-based sensitivities are formulated, and maximum-normalized indices are designed for sensitivity ranking. Based on the ranking strategy, a multistage approach is proposed, where these parameters to be corrected with similar sensitivity levels are updated simultaneously at the same stage, and the complete procedure continues sequentially at several stages, from large to small, according to the predefined levels of the updating parameters. At every single stage, a previously developed cross model cross mode (CMCM) method is used for structural model updating. The effectiveness and robustness of the multistage approach are investigated by implementing it on an offshore structure, and the performances are compared with non-multistage approach using numerical and experimental vibration information. These results demonstrate that the multistage approach is more effective for structural model updating of offshore platform structures even with limited information and measured noise. These findings serve as a preliminary strategy for structural model updating of an offshore platform in service.
Based on the change of traditional viscoelastic damper structure, a brand-new damper is designed to control simultaneously the translational vibration and the rotational vibration for platforms. Experimental study has been carried out on the mechanical properties of viscoelastic material and on its multi-dimensional seismic response control effect of viscoelastic damper. Three types of viscoelastic dampers with different shapes of viscoelastic material are designed to test the influence of excited frequency, strain amplitude and ambient temperature on the mechanical property parameters such as circular dissipation per unit, equivalent stiffness, loss factor and storage shear modulus. Then, shaking table tests are done on a group of single-storey platform systems containing one symmetric platform and three asymmetric platforms with different eccentric forms. Experimental results show that the simulation precision of the restoring force model is rather good for the shear deformation of viscoelastic damper and is also satisfied for the torsion deformation and combined deformations of viscoelastic damper. The shaking table tests have verified that the new-type viscoelastic damper is capable of mitigating the multi-dimensional seismic response of offshore platform.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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