A time domain finite element based method is employed to analyze wave radiation by multiple cylinders. The nonlinear free surface and body surface boundary conditions are satisfied based on the perturbation method up to the second order. The first- and second-order velocity potential problems at each time step are solved through a finite element method (FEM). The matrix equation of the FEM is solved through an iteration and the initial solution is obtained from the result at the previous time step. The three-dimensional (3D) mesh required is generated based on a two-dimensional (2D) hybrid mesh on a horizontal plane and its extension in the vertical direction. The hybrid mesh is generated by combining an unstructured grid away from cylinders and two structured grids near the cylinder and the artificial boundary, respectively. The fluid velocity on the free surface and the cylinder surface are calculated by using a differential method. Results for various configurations including two-cylinder and four-cylinder cases are provided to show the mutual influence due to cylinders on the first and second waves and forces.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.6
no.1
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pp.61-71
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1994
A modified method obtained by expanding Longuet-Higgins and Stewart's method (1964) is proposed. which can easily derive the group-bountied long wave due to the irregular were group as well as the regular wave group. The result of the proposed method agree well with those of both second order nonlinear theory and radiation stress theory. Particularly in the shallow water region, three equations from the proposed method, the second order nonlinear theory and the radiation stress theory become identical.
The first order mation responses of a floating structure and the hydrodynamic forces in regular waves are obtained by means of the linear potential theory. The first order potential is obtained directly from the numerical solution of the improved Green integral equation which is characterized by the combined surface distribution of sources and normal doublets. The mean second order wave drift force is also calculated by means of the near field method. It seems that the present method gives more accurate numerical results than other methods and the agreement between numerical and experimental results appears to be satisfactory.
This paper presents theoretical formulations and numerical computations for predicting first-and second-order hydrodynamic force on a ship advvancing in waves. The theoretical formulation leads to linearized radiation and diffration problems solving the three-dimensional Green function integral equations over the mean wetted body surface. Green function representing a translating and pulsating source potantial for infinite water depth is used. In order to solve integral equations for three dimentional flows using Green function efficiently, the Hoff's method is adopted for numerical calculation of the Green function. Based on the first-order solution, the mean seconder-order forces and moments are obtained by directly integrating second-order pressure over the mean wetted body surface. The calculated items are carried out for analyzing the seakeeping characteristics of Series 60. The calculated items are hydrodynamic coefficients, wave exciting forces, frequency response functions and addd resistance in waves.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.3
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pp.291-305
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2010
A three-dimensional time-domain calculation method is of crucial importance in prediction of the motions and wave loads of a ship advancing in a severe irregular sea. The exact solution of the free surface wave-ship interaction problem is very complicated because of the essentially nonlinear boundary conditions. In this paper, an approximate body nonlinear approach based on the three-dimensional time-domain forward-speed free-surface Green function has been presented. The Froude-Krylov force and the hydrostatic restoring force are calculated over the instantaneous wetted surface of the ship while the forces due to the radiation and scattering potentials over the mean wetted surface. The time-domain radiation and scattering potentials have been obtained from a time invariant kernel of integral equations for the potentials which are discretized according to the second-order boundary element method (Hong and Hong 2008). The diffraction impulse-response functions of the Wigley seakeeping model advancing in transient head waves at various Froude numbers have been presented. A simulation of coupled heave-pitch motion of a long rectangular barge advancing in regular head waves of large amplitude has been carried out. Comparisons between the linear and the approximate body nonlinear numerical results of motions and wave loads of the barge at a nonzero Froude number have been made.
The application of Green's function in calculation of flow characteristics around submerged and floating bodies due to a regular wave is presented. It is assumed that the fluid is homogeneous, inviscid and incompressible, the flow is irrotational and all body motions are small. Two methods based on the boundary integral equation method (BIEM) are applied to solve associated problems. The first is a low order panel method with triangular flat patches and uniform distribution of velocity potential on each panel. The second method is a high order panel method in which the kernels of the integral equations are modified to make it nonsingular and amenable to solution by the Gaussian quadrature formula. The calculations are performed on a submerged sphere and some floating spheroids of different aspect ratios. The excellent level of agreement with the analytical solutions shows that the second method is more accurate and reliable.
Wave propagation in a three-dimensional (3D) fully nonlinear numerical wave tank (NWT) is studied based on velocity potential theory. The governing Laplace equation with fully nonlinear boundary conditions on the moving free surface is solved using the indirect desingularized boundary integral equation method (DBIEM). The fourth-order predictor-corrector Adams-Bashforth-Moulton scheme (ABM4) and mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) method are used for the time-stepping integration of the free surface boundary conditions. A smoothing algorithm, B-spline, is applied to eliminate the possible saw-tooth instabilities. The artificial wave speed employed in MTF (multi-transmitting formula) approach is investigated for fully nonlinear wave problem. The numerical results from incorporating the damping zone (DZ), MTF and MTF coupled DZ (MTF+DZ) methods as radiation condition are compared with analytical solution. An effective MTF+DZ method is finally adopted to simulate the 3D linear wave, second-order wave and irregular wave propagation. It is shown that the MTF+DZ method can be used for simulating fully nonlinear wave propagation very efficiently.
A floating bridge is an innovative solution for deep-water and long-distance crossing. This paper presents a curved floating bridge's dynamic behaviors under the wind, wave, and current loads. Since the present curved bridge need not have mooring lines, its deep-water application can be more straightforward than conventional straight floating bridges with mooring lines. We solve the coupled interaction among the bridge girders, pontoons, and columns in the time-domain and to consider various load combinations to evaluate each force's contribution to overall dynamic responses. Discrete pontoons are uniformly spaced, and the pontoon's hydrodynamic coefficients and excitation forces are computed in the frequency domain by using the potential-theory-based 3D diffraction/radiation program. In the successive time-domain simulation, the Cummins equation is used for solving the pontoon's dynamics, and the bridge girders and columns are modeled by the beam theory and finite element formulation. Then, all the components are fully coupled to solve the fully-coupled equation of motion. Subsequently, the wet natural frequencies for various bending modes are identified. Then, the time histories and spectra of the girder's dynamic responses are presented and systematically analyzed. The second-order difference-frequency wave force and slowly-varying wind force may significantly affect the girder's lateral responses through resonance if the bridge's lateral bending stiffness is not sufficient. On the other hand, the first-order wave-frequency forces play a crucial role in the vertical responses.
The global performance of the 5 MW OC4 semisubmersible floating wind turbine in random waves with or without steady/dynamic winds is numerically simulated by using the turbine-floater-mooring fully coupled dynamic analysis program FAST-CHARM3D in time domain. The numerical simulations are based on the complete second-order diffraction/radiation potential formulations along with nonlinear viscous-drag force estimations at the body's instantaneous position. The sensitivity of hull motions and mooring dynamics with varying wave-kinematics extrapolation methods above MWL(mean-water level) and column drag coefficients is investigated. The effects of steady and dynamic winds are also illustrated. When dynamic wind is added to the irregular waves, it additionally introduces low-frequency wind loading and aerodynamic damping. The numerically simulated results for the 5 MW OC4 semisubmersible floating wind turbine by FAST-CHARM3D are also extensively compared with the DeepCWind model-test results by Technip/NREL/UMaine. Those numerical-simulation results have good correlation with experimental results for all the cases considered.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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2004.10a
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pp.151-152
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2004
An acceleration technique combined with the discrete ordinates method which has been widely used in the solution of neutron transport phenomena is applied to the solution of radiative transfer equation. The self-adjoint form of the second order radiation intensity equation is used to enhance the stability of the solution, and a new linearization method is developed to avoid the nonlinearity of the material temperature equation. This new acceleration method is applied to the well known Marshak wave problem, and the numerical result is compared with that of a non-accelerated calculation
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[게시일 2004년 10월 1일]
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