In this study an improved design method for the traditional A-type(or V-type) offshore template platform system was proposed to mitigate the vibration induced by the marine environmental loadings and the strong ground motions of earthquakes. A newly developed material model was combined into the structural system and then a nonlinear dynamic analysis in the time domain was carried out. The analysis was focused on the displacement and rotation induced by the input wave forces and ground motions, and the mitigation effect for these responses was evaluated when the viscoelastic damping devices were applied. The wave forces exerted on the offshore structures are based on Stokes fifth-order wave theory and Morison equation for small body. A step by step integration method was modified and used in the nonlinear analysis. It was found that the new design approach enhanced with viscoelastic dampers was efficient on the vibration mitigation for the structural system subjected to both the wave motion and the strong ground motion.
The present study deals with the conceptual design of a motion reduction device for a floating wave-offshore wind hybrid power generation platform. A damping plate attached to the bottom of a column of a large semi-submersible is introduced to reduce the motion of the platform. Performance analyses on various shapes and configurations of damping plates were performed using the potential flow solver, and the appropriate configuration and size of the damping plate were selected based on the numerical results. In order to see the effect of viscous damping, a small scale model test was performed in a 2D wave flume. The performances of five different damping plates were measured and discussed based on the results of free decay tests and regular wave tests.
Noting that damage occurrence of offshore jacket platforms is concentrated in two structural regions that are in the vicinity of still water surface and close to the seabed, a damage detection method by using only partial measurement of vibration in a suspect region was presented in this paper, which can not only locate damaged members but also evaluate damage severities. Then employing an experiment platform model under white-noise ground excitation by shaking table and using modal parameters of the first three modes identified by a scalar-type ARMA method on undamaged and damaged structures, the feasibility of the damage detection method was discussed. Modal parameters from eigenvalue analysis on the structural FEM model were also used to help the discussions. It is demonstrated that the damage detection algorithm is feasible on damage location and severity evaluation for broken slanted braces and it is robust against the errors of baseline FEM model to real structure when the principal errors is formed by difference of modal frequencies. It is also found that Z-value changes of modal shapes also play a role in the precise detection of damage.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.2
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pp.354-360
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2022
The aluminum handrails used for promoting structural strength and weight reduction of the topside in an offshore platform are designed according to international standards (ISO, NORSOK, and Austria Standard), and consider the most conservative load combinations. Existing aluminum handrails are bolted to a socket when installed on the topside of a platform, and the amount of deflection of the handrail is largely influenced by the socket design. However, the importance of socket design has been overlooked, and furthermore, separate evaluation procedures or guidance for socket design are ambiguous. Therefore, a series analysis was performed for estimating the structural strength of aluminum handrails to obtain the governing parameters that minimize their deflection against loads. Experimental verification was performed to validate the structural safety of the new model, and we confirmed that all were satisfied within allowable deflection according to international standards. The developed model could be used in several areas in the future as it is lighter and more productive compared to existing models from overseas makers.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.1-10
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2019
Nowadays, the study on Floating Offshore Wind Turbines (FOWTs) is being performed globally. Dozens of numerical simulation tools have been developed for designing FOWTs and simulating their performances in combined wave and wind environments. On the other hand, model tests are still required to verify the results obtained from numerical simulation tools. To predict seakeeping performance of the OC3-Hywind platform, a OC3 spar model moored by a 3-leg catenary spread mooring system with a delta connection was built with a 1/128 scale ratio. The model tests were carried out for various sea states, including rotating rotor effect with wind in the Ocean Engineering Wide Tank, University Of Ulsan (UOU). The model test results are compared with the numerical simulations by UOU in-house code and FAST.
Asgarian, Behrouz;Shokrgozar, Hamed Rahman;Shahcheraghi, Davoud;Ghasemzadeh, Hasan
Coupled systems mechanics
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v.1
no.4
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pp.381-395
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2012
Dynamic response of Pile Supported Structures is highly depended on Soil Pile Structure Interaction. In this paper, by comparison of experimental and numerical dynamic responses of a prototype jacket offshore platform for both hinge based and pile supported boundary conditions, effect of soil-pile-structure interaction on dynamic characteristics of this platform is studied. Jacket and deck of a prototype platform is installed on a hinge-based case first and then platform is installed on eight skirt piles embedded on continuum monolayer sand. Dynamic characteristics of platform in term of natural frequencies, mode shapes and modal damping are compared for both cases. Effects of adding and removing vertical bracing members in top bay of jacket on dynamic characteristics of platform for both boundary conditions are also studied. Numerical simulation of responses for the studied platform is also performed for both mentioned cases using capability of ABAQUS and SACS software. The 3D model using ABAQUS software is created using solid elements for soil and beam elements for jacket, deck and pile members. Mohr-Coulomb failure criterion and pile-soil interface element are used for considering nonlinear pile soil structure interaction. Simplified modeling of soil-pile-structure interaction effect is also studied using SACS software. It is observed that dynamic characteristics of the system changes significantly due to soil-pile-structure interaction. Meanwhile, both of complex and simplified (ABAQUS and SACS, respectively) models can predict this effect accurately for such platforms subjected to dynamic loading in small range of deformation.
This investigation presents an efficient method for identifying modal characteristics from the measured displacement, velocity and acceleration signals of multiple channels on structural systems. A Vector Backward Auto-Regressive model (VBAR) that describes the relationship between the output information in different time steps is used to establish a backward state equation. Generally, the accuracy of the identified dynamic characteristics can be improved by increasing the order of the Auto-Regressive model (AR) in cases of measurement of data under noisy circumstances. However, a higher-order AR model also induces more numerical modes, only some of which are the system modes. The proposed VBAR model provides a clear characteristic boundary to separate the system modes from the spurious modes. A numerical example of a lumped-mass model with three DOFs was established to verify the applicability and effectiveness of the proposed method. Finally, an offshore platform model was experimentally employed as an application case to confirm the proposed VBAR method can be applied to real-world structures.
Herein, we present numerical simulation based model to study the use of a 'Tuned Mass Damper (TMD)' - particularly spring mass systems - to control the displacements at the deck level under seismic and ice loads for an offshore jacket structure. Jacket is a fixed structure and seismic loads can cause it to vibrate in the horizontal directions. These motions can disintegrate the structure and lead to potential failures causing extensive damage including environmental hazards and risking the lives of workers on the jacket. Hence, it is important to control the motion of jacket because of earthquake and ice loads. We analyze an offshore jacket platform with a tuned mass damper under the earthquake and ice loads and explore different locations to place the TMD. Through, selected parametric variations a suitable location for the placement of TMD for the jacket structure is arrived and this implies the design applicability of the present research. The ANSYS*TM mechanical APDL software has been used for the numerical modeling and analysis of the jacket structure. The dynamic response is obtained under dynamic seismic and ice loadings, and the model is attached with a TMD. Parameters of the TMD are studied based on the 'Principle of Absorption (PoA)' to reduce the displacement of the deck level in the jacket structure. Finally, in our results, the proper mass ratio and damping ratios are obtained for various earthquake and ice loads.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.19
no.3
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pp.194-202
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2016
This study aims to review a topology optimization based on finite element analysis (FEA) for conceptual design of platform in the 10MW class floating type wave-wind hybrid power generation system (WHPGS). Two topology optimization theories, density method (DM) and homogenization design method (HDM) were used to check which one is more effective for a simplified structural design problem prior to the topology optimization of platform of WHPGS. From the results of the simplified design problem, the HDM was applied to the topology optimization of platform of WHPGS. For the conceptual platform design of WHPGS, FEA model was created and then the structural analysis was performed considering offshore environmental loads at installation site. Hydrodynamics analysis was carried out to calculate pressure on platform and tension forces in mooring lines induced from the offshore environmental loads such as design wave and current. Loading conditions for the structural analysis included the analysis results from the hydrodynamic analysis and the weights of WHPGS. Boundary condition was realized using inertia relief method. The topology optimization of WHPGS platform was performed using the HDM, and then the conceptual arrangement of main structural members was suggested. From the results, it was confirmed that the topology optimization might be a useful tool to design the conceptual arrangement of main structural members for a newly developed offshore structure such as the floating type WHPGS.
This study performed a numerical analysis on the effect of platform shape and damaged mooring lines on the movement of the semi-submersible floating offshore wind turbines (FOWT). The NREL 5 MW-OC4-DeepCwind semi-submersible wind turbine was selected as the reference model. In order to find the effect of the semi-submersible floating platform shape, the dynamic movement and feasibility of three different models were observed with and without the presence of turbine blades. In addition, extreme conditions were considered by having one of the mooring lines detached to determine the effects on the FOWT. As a result, the remaining mooring lines deviated to change the surge and sway motion, which could cause a collision with nearby marine structures, and the variation of yaw angle might lead to critical accidents such as rollover. Since the response of the floating platform after receiving mooring line damage may vary depending on the mooring pattern, the location of the mooring damage, and the direction of the wind and waves, detailed simulations showed substantial variation of damage patterns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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