Accurate calculation of the mean drift forces and moments is necessary when studying the higher order excitations on the floater in waves. When taking the time average of the second order forces and moments, the second order potential and motion diminish with only the first order terms remained. However, in the results of the first order forces or motions, the irregular frequency effects are often observed in higher frequencies, which will affect the accuracy of the calculation of the second order forces and moments. Therefore, we need to pay close attention to the irregular frequency effects in the mean drift forces. This paper will discuss about the irregular frequency effects in the calculations of the mean drift forces and validate our in-house program MDL Multi DYN using some examples which are known to have irregular frequency effects. Finally, we prove that it is necessary to remove the effects and demonstrate that the effectiveness of the formula and methods adopted in the development of our program.
Generally, global performance analysis in offshore platforms is performed using potential-based numerical tools, which neglect hydrodynamic viscous effects. In comparison with the potential theory, computational fluid dynamics (CFD) methods can take into account the viscous effects by solving the Navier-Stokes equation using the finite-volume method. The open-source field operation and manipulation (OpenFOAM) C++ libraries are employed for a finite volume method (FVM) numerical analysis. In this study, in order to apply CFD to the global performance analysis of a hull-mooring coupled system, we developed a numerical wave basin to analyze the global performance problem of a floating body with a catenary mooring system under regular wave conditions. The mooring system was modeled using a catenary equation and solved in a quasi-static condition, which excluded the dynamics of the mooring lines such as the inertia and drag effects. To demonstrate the capability of the numerical basin, the global performance of a barge with four mooring lines was simulated under regular wave conditions. The simulation results were compared to the analysis results from a commercial mooring analysis program, Orcaflex. The comparison included the motion of the barge, catenary shape, and tension in the mooring lines. The study found good agreement between the results from the developed CFD-based numerical calculation and commercial software.
As in the other fields of mechanics, analytical methods represent an important analysis tool in marine hydrodynamics. The analytical approach is interesting for different reasons : it gives reference results for numerical codes verification, it gives physical insight into some complicated problems, it can be used as a simplified predesign tool, etc. This approach is of course limited to some simplified geometries (cylinders, spheres, ...), and only the case of one or more cylinders, truncated or not, will be considered here. Presented methods are basically eigenfunction expansions whose complexity depends on the boundary conditions. The hydrodynamic boundary value problem (BVP) is formulated within the usual assumptions of potential flow and is additionally simplified by the perturbation method. By using this approach, the highly nonlinear problem decomposes into its linear part and the higher order (second, third, ...) corrections. Also, periodicity is assumed so that the time dependence can be factorized i.e. the frequency domain formulation is adopted. As far as free surface flows are concerned, only cases without or with small forward speed are sufficiently simple to be solved semi-analytically. The problem of the floating body advancing in waves with arbitrary forward speed is far more complicated. These remarks are also valid for the general numerical methods where the case of arbitrary forward speed, even linearized, is still too difficult from numerical point of view, and "it is fair to say that there exists at present no general practical numerical method for the wave resistance problem" [9], and even less for the general seakeeping problem. We note also that, in the case of bluff bodies like cylinders, the assumptions of the potential flow are justified only if the forward speed is less than the product of wave amplitude with wave frequency.
Lee, Kwang Ho;Kim, Chang Hoon;Kim, Do Sam;Hwang, Young Tae
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5B
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pp.473-482
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2009
This study numerically discusses wave forces acting on a vertical wall such as breakwaters or revetments, subjected to incident undular or turbulent bores. Due to the complex hydrodynamics of bore, its wave forces have been predicted, mainly through laboratory experiments. Numerical simulations in this paper were carried out by CADMAS-SURF(CDIT, 2001), which is based on Navier-Stokes momentum equations and VOF method (Hirt and Nichols, 1981) for tracking free water surface. Its original source code was also partly revised to generate bore in the numerical water channel. Numerical raw data computed by CADMAS-SURF included great strong spike phenomena that show the abrupt jumps of wave loads. To resolve this undesired noise of raw data, the band-pass filter with the frequency of 5Hz was utilized. The filtered results showed reasonable agreements with the experimental results performed by Matsutomi (1991) and Ramsden (1996). It was confirmed that CADMASSURF can be applied to the design of coastal structures against tsunami bores. In addition, the transformation process and propagation speed of bores in the same 2-d water channel were discussed by the variations of water level for time and space. The numerical results indicated that the propagation speed of bore was changed due to the nonlinear interactions between negative and reflected waves.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1A
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pp.25-33
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2011
The impact damage behavior of steel-strengthened concrete panels exposed to explosive loading is investigated. Since real explosion experiments require the vast costs to facilities as well as the blast and impact damage mechanisms are too complicated, numerical analysis has lately become a subject of special attention. However, for engineering problems involving blast wave and fragment impact, there is no single numerical method that is appropriate to the various problems. In order to evaluate the retrofit performance of a steel-strengthened concrete panel subject to blast wave and fragment impact loading, an explicit analysis program, AUTODYN is used in this work. The multi-solver coupling methods such as Euler-Lagrange and SPH-Lagrange coupling method in order to improve efficiency and accuracy of numerical analysis is implemented. The simplified and idealized two dimensional and axisymmetric models are used in order to obtain a reasonable computation running time. As a result of the analysis, concrete panels subject to either blast wave or fragment impact loading without the steel plate are shown the scabbing and perforation. The perforation can be prevented by concrete panels reinforced with steel plate. The numerical results show good agreement with the results of the experiments.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1B
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pp.95-109
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2008
We numerically analyzed the nonlinear shoaling, a plunging breaker and its accompanying energetic suspension of sediment at a bed, and a redistribution of suspended sediments by a down rush of preceding waves and the following plunger using SPH with a Gaussian kernel function, Lagrangian Dynamic Smagorinsky model (LDS), Van Rijn's pick up function. In that process, we came to the conclusion that the conventional model for the tractive force at a bottom like a quadratic law can not accurately describe the rapidly accelerating flow over a swash zone, and propose new methodology to accurately estimate the bottom tractive force. Using newly proposed wave model in this study, we can successfully duplicate severely deformed water surface profile, free falling water particles, a queuing splash after the landing of water particles on the free surface and a wave finger due to the structured vortex on a rear side of wave crest (Narayanaswamy and Dalrymple, 2002), a circulation of suspended sediments over a swash zone, net transfer of sediments clouds suspended over a swash zone toward the offshore, which so far have been regarded very difficult features to mimic in the computational fluid mechanics.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.37
no.1
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pp.82-90
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2000
An experimental study has been carried out at circulating water channel to investigate the non-breaking and breaking waves generated by a submerged circular cylinder steadily moving under the free surface. Free surface profiles and pressure distributions on cylinder surface were measured at various submerged depths of cylinder. They were complemented by the measurements of velocities, head losses and turbulence intensities in the wakes of body and "breaker". Part 1 of this three-part paper describes the experimental arrangement and the patterns of wave profile and pressure distribution at various depths of submergence. These databank contributions are of special interest in traditional ship hydrodynamics. In Part 2, special focuses are made to elucidate the viscous and turbulent aspects of flow field. Finally Part 3 will deal with the visualization of instantaneous vortical flow to study the mutual interaction between vorticies shedded from the free-surface and the cylinder using a Particle Image Velocimetry.
We explore how wave-particle interactions affect diffusive shock acceleration (DSA) at astrophysical shocks by performing time-dependent kinetic simulations, in which phenomenological models for magnetic field amplification (MFA), Alfv$\acute{e}$nic drift, thermal leakage injection, Bohm-like diffusion, and a free escape boundary are implemented. If the injection fraction of cosmic-ray (CR) particles is ${\xi}$ > $2{\times}10^{-4}$, for the shock parameters relevant for young supernova remnants, DSA is efficient enough to develop a significant shock precursor due to CR feedback, and magnetic field can be amplified up to a factor of 20 via CR streaming instability in the upstream region. If scattering centers drift with Alfv$\acute{e}$n speed in the amplified magnetic field, the CR energy spectrum can be steepened significantly and the acceleration efficiency is reduced. Nonlinear DSA with self-consistent MFA and Alfv$\acute{e}$nic drift predicts that the postshock CR pressure saturates roughly at ~10 % of the shock ram pressure for strong shocks with a sonic Mach number ranging $20{\leq}M_s{\leq}100$. Since the amplified magnetic field follows the flow modification in the precursor, the low energy end of the particle spectrum is softened much more than the high energy end. As a result, the concave curvature in the energy spectra does not disappear entirely even with the help of Alfv$\acute{e}$nic drift. For shocks with a moderate Alfv$\acute{e}$n Mach number ($M_A$ < 10), the accelerated CR spectrum can become as steep as $E^{-2.1}$ - $E^{-2.3}$, which is more consistent with the observed CR spectrum and gamma-ray photon spectrum of several young supernova remnants.
The precise prediction of ships propulsion performance is very important to find out the ships optimum route. This paper describes the development of computer program to generate the database of propulsion performance for the ships optimum routing system. The propulsion performance of ship in the sea is caused by not only ships conditions such as drift and hull roughness, but also various sea conditions such as wave and wind. These prediction methods of added resistance are based on the ships speed trial analysis methods of the ISO 15016:2002 standard, and a few prediction methods of the wind and hull roughness are supplemented. These prediction methods have been applied to the comprehensive computer program. And the database calculation for the research ice breaker the Araon has been carried out, which shall be used for the calculation of optimum route. Furthermore, this program shall be used for the route optimization in global shipping routes.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.20
no.1
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pp.25-33
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2008
Water waves are generated mainly by winds in open seas and large lakes. They carry a significant amount of energy from winds into near-shore region. Thereby they significantly contribute to the regional hydrodynamics and transport process, producing strong physical, geological and environmental impact on coastal environment and on human activities in the coastal area. Furthermore an accurate prediction of the hydrodynamic effects due to wave interaction with offshore structures is a necessary requirement in the design, protection and operation of such structures. In the present paper surface and internal waves scattering by thin surface-piercing and bottom-standing vertical barriers in a two-layer fluid is analyzed in two-dimensions within the context of linearized theory of water waves. The reflection coefficients for surface and internal waves are computed and analyzed in various cases. It is found that wave reflection is strongly dependent on the interface location and the fluid density ratio apart from the barrier geometry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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