In this research, the behavior of tube-in-tube BRBs (TiTBRBs) has been investigated. In a typical TiTBRB, the yielding core tube is located inside the outer restraining one to dissipate energy through extensive plastic deformation, while the outer restraining tube remains essentially elastic. With the aid of FE analyses, the monotonic and cyclic behavior of the proposed TiTBRBs have been studied as individual brace elements. Subsequently, a detailed finite element model of a representative single span-single story frame equipped with such a TiTBRB has been constructed and both monotonic and cyclic behavior of the proposed TiTBRBs have been explored under the application of the AISC loading protocol at the braced frame level. With the aid of backbone curves derived from the FE analyses, a simplified frame model has been developed and verified through comparison with the results of the detailed FE model. It has been shown that, the simplified model is capable of predicting closely the cyclic behavior of the TiTBRB frame and hence can be used for design purposes. Considering type of connection detail used in a frame, the TiTBRB member which behave satisfactorily at the brace element level under cyclic loading conditions, may suffer global buckling due to the flexural demand exerted from the frame to the brace member at its ends. The proposed TiTBRB suit tubular members of offshore structures and the application of such TiTBRB in a typical offshore platform has been introduced and studied in a single frame level using detailed FE model.
The effect of vertical riser support system on the dynamic behaviour of a classical spar platform is investigated. Spar platform generally uses buoyancy-can riser support system, but as water depth gets deeper the alternative riser support system is required due to safety and cost issues. The alternative riser support system is to hang risers off the spar platform using pneumatic cylinders rather than the buoyancy-can. The existing numerical model for hull/mooring/riser coupled dynamics analysis treats riser as an elastic rod truncated at the keel (truncated riser model), thus, in this model, the effect of riser support system can not be modeled correctly. Due to this reason, the truncated riser model tends to overestimate the spar pitch and heave motion. To evaluate more realistic global spar motion, mechanical coupling among risers, guide frames and support cylinders inside of spar moon-pool should be modeled. In the newly developed model, the risers are extended through the moon-pool by using nonlinear finite element methods with realistic boundary condition at multiple guide frames. In the simulation, the vertical tension from pneumatic cylinders is modeled by using ideal-gas equation and the vertical tension from buoyancy-cans is modeled as constant top tension. The different dynamic characteristics between buoyancy-can riser support system and pneumatic riser support system are extensively studied. The alternative riser support system tends to increase spar heave motion and needs damper system to reduce the spar heave motion.
An analysis model is developed using a commercial software 'simulationX' for designing hydraulic-pneumatic system of heave compensator for offshore drilling operations. Reliability verification of the analysis model for the test equipment of 1/5 scale compensator was conducted by comparing test results and simulation results. An analysis of full scale heave compensator is developed on the basis of verified a model. Then, the results of simulation were analyzed to obtain following conclusion. The displacement of crown block about excitation input amplitude (${\pm}3,000mm$) of the steward platform using a 'simulationX' is attenuated under ${\pm}35mm$, and the compensation rate is 98.7%. In this study, goal of a compensation rate is more than 95%. The previously results are satisfied with the objectives of compensation rate.
In order to analyze the response of the offshore structure numerically, the linear potential theory is generally applied for simplicity, and only the radiation damping is considered among various damping forces. Therefore, the results of a numerical simulation can be different from the motion of the structure in a real environment. To reduce the differences between the simulation results and experimental results, the viscous damping, which affects the motion of the structure, is also taken into account. The appropriate damping model is essential for the numerical simulation in order to obtain precise responses of the offshore structure. In this study, various damping models such as linear or quadratic damping and the nonlinear drag force from numerous slender bodies were used to simulate the free decay motion of the platform, and its characteristics were confirmed. The optimized damping model was found by comparing the simulation results to the experimental results. The hydrodynamic forces and wave exciting forces of the structure were obtained using WAMIT, and the free decay test was simulated using OrcaFlex. A free decay test of the scale model was performed by KRISO.
Floating structure such as tension leg platform, semi-submersible and spar are widely used in field of oil exploration and renewable energy system. All of these structures have the base cylinder support structure which have effective rule in overall dynamic of response. So the accurate and reliable modeling is needed for optimum design and understanding the physical background of these systems. The aim of this article is an analytical discussion on stochastic modeling of floating cylinder based support structure but an applicable one. Due to this a mathematical mass-damper-spring system of a floating cylinder of HAWAII WTG offshore wind as an applicable and innovative system is adopted to model a coupled degrees using random vibration in analytical way. A fully develop spectrum is adopted to solve the stochastic spectrum analytically by a proper approximation. Some acceptable assumption is adopted. The simplified but analytical and innovative hydrodynamic analysis of this study not only will help researcher to concentrate more physically on hydrodynamic analysis of floating structures but also can be useful for any quick, simplified and closed form analysis of a complicated problem in offshore engineering.
A semi-active algorithm for edgewise vibration control of the spar-type floating offshore wind turbine (SFOWT) blades, nacelle and spar platform is developed in this paper. A tuned mass damper (TMD) is placed in each blade, in the nacelle and on the spar to control the vibrations for these components. A Short Time Fourier Transform algorithm is used for semi-active control of the TMDs. The mathematical formulation of the integrated SFOWT-TMDs system is derived by using Euler-Lagrangian equations. The theoretical model derived is a time-varying system considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar, mooring system and the TMDs, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force. The aerodynamic loads on the nacelle and the spar due to their coupling with the blades are also considered. The effectiveness of the semi-active TMDs is investigated in the numerical examples where the mooring cable tension, rotor speed and the blade stiffness are varying over time. Except for excessively large strokes of the nacelle TMD, the semi-active algorithm is considerably more effective than the passive one in all cases and its effectiveness is restricted by the low-frequency nature of the nacelle and the spar responses.
Kim, Jin-ho;Lee, Sang-yeol;Park, Se-il;Kim, Yang-soo
Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea
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2015.09a
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pp.74-78
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2015
When floating platform or drilling unit is located at operating station during its design life, it has to have the sufficient stability considering external environment. To evaluate whether offshore structure is complied with the required design criteria for intact stability, the factors which decrease the righting moment have to be considered. Wind heeling moment is one of main factors because the direction is opposite to the righting moment. According to 2009 MODU CODE (Code for the construction and equipment of Mobile Offshore Drilling Units, 2009), wind heeling moment derived from wind tunnel test on scale model of offshore structure enables to apply as alternative given formula and method in 2009 MODU CODE. However, there is no the specific method for applying data derived from wind tunnel test. Based on the following reasons, this paper presents that the calculation method of wind heeling moment utilizing non-dimensional coefficient relative to wind loads (wind forces and moments) and the comparison with each method applying an example.
Nam, Hyun-Seung;Park, Dong-Min;Cho, Seok Kyu;Hong, Sa Young
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.36
no.1
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pp.1-10
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2022
Recently, as the offshore structures are operated in the deep-sea oil fields, interest in the analysis of relative wave elevation around platforms is increased. In this study, it is examined how the analysis results differ depending on the characteristics of the wave probe when interpreting the relative wave elevation in the model test. First, by conducting the wave probe comparison experiment in the two-dimensional wave tank, it is confirmed how the measured values differ according to the type of wave probe for the same physical phenomenon. Two types of wave probe are selected, the resistance type and the capacitance type, and the causes of the difference in measured values is studied. After that, the model test of the semi-submersible platform is conducted to investigate the relative wave elevation. Relative wave elevation is measured with the wave probes used in the wave probe comparison experiment and analyzed to estimate the asymmetric factor and the extreme upwell. The results between the two types of wave probes are compared, and qualitative study for the cause of the difference is conducted by photographing the physical phenomenon using a high-speed camera. Through the above study, it is confirmed that the capacitance type wave probe shows a larger measured value than the resistance type under the breaking-wave condition, and the same results are obtained for the asymmetric factor and the extreme upwell. These results is thought to be due to the difference in the measurement principle between wave probes, which is whether or not they measured water bubbles. This implies that the model test should be conducted using appropriate wave probes by considering the physical phenomenon to be analyzed.
Hyundai Heavy Industries has developed a tidal current energy converter utilizing the accumulated technology as the world largest constructor for ship and offshore structures. The model has two sets of turbines in both ends in order to utilize the bi-directional current flows in flood and ebb tide. The torque produced by turbine in tidal current is directly delivered to generator along the horizontal axis, in which the turbine, gear, generator, gear and turbine are connected successively. The manufactured model for field test has the turbine diameter of 5 meters to produce the maximum power of 500kW at maximum current speed of 5m/s. The technical verification of tidal power converter was performed by means of small scale model test in towing tank as well as field test at the Strait of Uldolmok located in Jindo of Jeollanamdo province. Field test was performed by mounting the tidal current converter on the SEP(Self Elevating Platform) which could lower the 4 vertical legs on the seabed and could elevate platform over the water surface using the hydraulic power for itself. The field test performed for a month shows that power output is similar or larger compared with the expected one in design stage. This paper presents the development of tidal current energy converter and real sea field test by Hyundai Heavy Industries. This project has finished successfully and provided the technical advance toward commercial services for tidal current power generation in the south-west region in Korea.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.1
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pp.103-118
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2018
When collision accident between ships or between ship and offshore platform occurs, a common phenomenon that occurs in structures is the plastic deformation accompanied by a large strain such as fracture. In this study, for the rational design against accidental limit state, the plastic material constants of steel plate which is heated by line heating and steel plate formed by cold bending procedure have been defined through the numerical simulation for the high speed tension test. The usefulness of the material constants included in Cowper-Symonds model and Johnson-Cook model and the assumption that strain rate can be neglected when strain rate is less than the intermediate speed are verified through free drop test as well as comparing with numerical results in several references. This paper ends with describing the future study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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