본 논문에서는 파랑하중에 대한 Tension Leg Platform(TLP)의 tether와 platform의 동적거동해석에 대해서 연구하였다. tether의 동특성 효과를 적절하고도 간단히 고려할 수 있는 platform 해석모델을 제안하여 platform 운동해석을 수행하였으며, tether에 작용하여 인장력에 기인된 기하학적 강성을 고려한 유한요소법을 사용하여 tether의 거동을 해석하였다. 해석 예제용구조물로는 설치수심이 1000ft 및 3000ft인 두 가상적인 TLP를 선택하였으며, 비교를 목적으로 tether의 동특성 효과를 고려하지 않은 기존모델 및 platform과 tether를 조합한 모델 등에 의한 해석도 수행하여, 그 결과를 본 연구에서 제안한 모델에 의한 platform 운동과 tether의 거동 해석결과와 비교분석하였다. 아울러, tether의 통상적인 휨강성 및 tether에 작용하는 파랑하중이 tether의 거동에 미치는 영향정도도 고찰하였다.
Living cells generate, sense, and respond to mechanical forces through their interaction with neighboring cells or extracellular matrix, thereby regulating diverse cellular processes such as growth, motility, differentiation, and immune responses. Dysregulation of mechanosensitive signaling pathways is found associated with the development and progression of various diseases such as cancer. Yet, little is known about the mechanisms behind mechano-regulation, largely due to the limited availability of tools to study it at the molecular level. The recent development of molecular tension probes allows measurement of cellular forces exerted by single ligand-receptor interaction, which has helped in revealing the hitherto unknown mechanistic details of various mechanosensitive processes in living cells. Here, we provide an introductory overview of two methods based on molecular tension probes, tension gauge tether (TGT), and molecular tension fluorescence microscopy (MTFM). TGT utilizes the irreversible rupture of double-stranded DNA tether upon application of force in the piconewton (pN) range, whereas MTFM utilizes the reversible extension of molecular springs such as polymer or single-stranded DNA hairpin under applied pN forces. Specifically, the underlying principle of how molecular tension probes measure cell-generated mechanical forces and their applications to mechanosensitive biological processes are described.
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.
ANSYS multi-physics software was applied to solve the coupled dynamic problem related to a full-scale TLP foundation for floating wind turbines. In this coupled dynamics simulation, the forced oscillation imposed on the tethers' top resulting from the sway of the wind turbine platform and the self-excited vortex-induced vibration (VIV) along the tether span have been taken into account. The stability of this tensioned tether system has been validated in the form of separate static and dynamic analyses. The dynamic characteristics of the tensioned tether linked to the floating wind turbine were analyzed by the resultant modal form and its corresponding vortex shedding pattern. The calculated result shows that even a slight forced oscillation imposed on the tethers' top leads to the VIV amplification and enhances the risk of instability in the case of low pretension. It is also found that the "synchronization" would be aggravated when the top tension decreases and the "2P" vortex shedding mode takes place. The increased top tension imposed on the tethers contributes to the stability of the tensioned legs by diminishing the oscillation amplitude markedly.
Tethers of Tension Leg Platform (TLP) are a series structural system where fatigue is the principal mode of failure. The present study is devoted to the fatigue and fatigue fracture reliability study of these tethers. For this purpose, two limit state functions have been derived. These limit state functions are based on S-N curve and fracture mechanics approaches. A detailed methodology for the reliability analysis has then been presented. A sensitivity analysis has been carried out to study the influence of various random variables on tether reliability. The design point, important for probabilistic design, is located on the failure surface. Effect of wind, water depth, service life and number of welded joints are investigated. The effect of uncertainties in various random variables on tether fatigue reliability is highlighted.
The tension leg platform (TLP) is a vertically moored structure with excess buoyancy. The TLP is regarded as moored structure in horizontal plan, while inherit stiffness of fixed platform in vertical plane. In this paper, a numerical study using modified Morison equation was carried out in the time domain to investigate the influence of nonlinearities due to hydrodynamic forces and the coupling effect between surge, sway, heave, roll, pitch and yaw degrees of freedom on the dynamic behavior of TLP's. The stiffness of the TLP was derived from a combination of hydrostatic restoring forces and restoring forces due to cables and the nonlinear equations of motion were solved utilizing Newmark's beta integration scheme. The effect of tethers length and wave characteristics such as wave period and wave height on the response of TLP's was evaluated. Only uni-directional waves in the surge direction was considered in the analysis. It was found that for short wave periods (i.e. 10 sec.), the surge response consisted of small amplitude oscillations about a displaced position that is significantly dependent on tether length, wave height; whereas for longer wave periods, the surge response showed high amplitude oscillations about that is significantly dependent on tether length.
인장계류된 원통형실린더의 동적 거동해석에 관한 일련의 연구수행 결과는 다음과 같다. 1) 실린더형 부유체의 중심점을 인장계류시킨 새로운 개념의 부유식 구조물의 동적거동특성을 파악하였다. 2) 규칙파에서도 부유체와 테더(tether), 입사파의 상호간섭으로 인한 운동특성을 해석하였다. 3) 비선형유체력(2w, 3w)으로 인한 비선형 운동 응답 특성을 분석하였다. 4) 테더강성(tether stiffness)의 결정에 있어서 부유체와의 상호간섭 효과 뿐만 아니라 고주파수 영역에서의 공진을 충분히 고려하여 결정해야 한다. 5) 구조물의 설계시 Surge mode에서는 장주기 표류운동을 발생시키므로 Set down 등의 현상을 고려해야 한다.
Increasing numbers of floating offshore wind turbines are planned and designed these days due to their high potential in massive generation of clean energy from water depth deeper than 50 m. In the present study, a numerical prediction tool has been developed for the fully-coupled dynamic analysis of FOWTs in time domain including aero-blade-tower dynamics and control, mooring dynamics, and platform motions. In particular, the focus of the present study is paid to the dynamic coupling between the rotor and floater and the coupled case is compared against the uncoupled case so that their dynamic coupling effects can be identified. For this purpose, a mono-column mini TLP with 1.5MW turbine for 80m water depth is selected as an example. The time histories and spectra of the FOWT motions and accelerations as well as tether top-tensions are presented for the given collinear wind-wave condition. When compared with the uncoupled analysis, both standard deviations and maximum values of the floater-responses/tower-accelerations and tether tensions are appreciably increased as a result of the rotor-floater dynamic coupling, which may influence the overall design including fatigue-life estimation especially when larger blades are to be used.
The tension leg platform (TLP) is one of the compliant structures which are generally used for deep water oil exploration. With respect to the horizontal degrees of freedom, it behaves like a floating structure moored by vertical tethers which are pretension due to the excess buoyancy of the platform, whereas with respect to the vertical degrees of freedom, it is stiff and resembles a fixed structure and is not allowed to float freely. In the current study, a numerical study for square TLP using modified Morison equation was carried out in the time domain with water particle kinematics using Airy's linear wave theory to investigate the effect of changing the tether tension force on the stiffness matrix of TLP's, the dynamic behavior of TLP's; and on the fatigue stresses in the cables. The effect was investigated for different parameters of the hydrodynamic forces such as wave periods, and wave heights. The numerical study takes into consideration the effect of coupling between various degrees of freedom. The stiffness of the TLP was derived from a combination of hydrostatic restoring forces and restoring forces due to cables. Nonlinear equation was solved using Newmark's beta integration method. Only uni-directional waves in the surge direction was considered in the analysis. It was found that for short wave periods (i.e., 10 sec.), the surge response consisted of small amplitude oscillations about a displaced position that is significantly dependent on tether tension force, wave height; whereas for longer wave periods, the surge response showed high amplitude oscillations that is significantly dependent on wave height, and that special attention should be given to tethers fatigue because of their high tensile static and dynamic stress.
본 논문에서는 Tension Leg Platform(TLP)에 작용하는 파랑하중을 간단한 Morison 방정식을 이용하여 효율적으로 산정할 수 있는 방법에 대해서 연구하였다. 본 방법에서는 MacCamy-Fuchs 산란파이론에 기초를 둔 파동력 감소계수를 도입하여 파의 산란효과를 근사적으로 고려하였으며, Morison 방정식 상에서는 무시되는 연직기둥의 바닥에 작용하는 수직력을 이 면에서의 동압력과 수직방향의 부가질량에 관련된 관성력으로 산정하여 고려하였다. 수치해석은 1000 ft 수심에 위치한 가상적인 구조물에 $0^{\circ}$ 및 $45^{\circ}$로 입사하는 파에 대하여 전술한 방법 및 이론적으로 보다 정확한 산란파이론에 의한 방법을 사용하여 수행하였으며, TLP 운동 및 tether의 상단 인장력의 전달함수(RAO)를 구하여 비교 검토하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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