41222 Bølgebelastninger på skibe og offshore konstruktioner

2023/2024

Kursusinformation
Wave loads on ships and offshore structures
Engelsk
5
Kandidat
Kurset udbydes som enkeltfag
E4A (tirs 13-17)
Campus Lyngby
Forelæsninger, øvelser, kort konceptprøver og en mundlig eksamen.
13-uger
E4A
Mundtlig eksamen og bedømmelse af opgave(r)
7 rapporter (50 %) og mundtlig eksamen (50 %).
20 minuter
Alle hjælpemidler er tilladt
7-trins skala , intern bedømmelse
41201.­(41312/41102/10346).­(4122441225)/412260263102685 , Grundlæggende skibs og offshore teknik, grundlæggende fluid mekanik, lineær bølgeteori samt programmering i Matlab er forventet. Ordinære og partielle differentialligninger samt ikke-lineær bøgedynamik er ønskelige.
Yanlin Shao , Lyngby Campus, Bygning 403, Tlf. (+45) 4525 4120 , yshao@dtu.dk
Harry Bradford Bingham , Lyngby Campus, Bygning 403, Tlf. (+45) 4525 1972 , hbbi@dtu.dk
41 Institut for Byggeri og Mekanisk Teknologi
I studieplanlæggeren
Overordnede kursusmål
Efter dette kursus skal den studerende være i stand til at anvende lineær potential strømnings teori til at forudsige bølgeinducerede bevægelser af flydende maritime konstruktioner. En forståelse for styrker og svagheder ved forskellige numeriske løsningsteknikker skal gøre det muligt at foretage pasende valg afhængigt af konstruktionens type og funktion. Hovedfokus på beregningseksempler er skibe, offshore vindturbiner og bølgeenergianlæg.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • Udlede bevægelsesligninger for en flydende maritim konstruktion ved brug af lineære koefficienter
  • Gå frem og tilbage mellem den tid-og frekvens-domæne repræsentationer af problemet
  • Udlede relationer mellem forskellige sprednings problemer og deres asymptotiske grænser
  • Bruge Green's sætning til at udlede rand integral formuleringen
  • Lave en diskretisering af rand integral formuleringen til numeriske beregninger
  • Beslutte hvilke numerisk løsning teknik der er bedst egnet til et bestemt problem
  • Skrive en program for at løse bevægelsesligninger i Matlab
  • Beregne responsen af en flydende konstruktion i bølge og sammenligne med etablerede benchmark løsninger
  • Fortstå hvordan svage ikke-lineær effekter kan inkorporeres i en tids domæn løsning
  • Beskrive hvordan ikke-lineære effekter kan indgå i analysen
Kursusindhold
Med udgangspunkt i de grundlæggende bevarelseslove for en strømning (Navier-Stokes ligniner) vil vi udlede potentielle strømnings approksimation for den hydrodynamiske interaktion mellem en fast eller flydende marine struktur og bølgerne. Dette problem bliver lineariseret, under forudsætning af små bølgeamplituder og små bevægelser, for at udtrykke konstruktionen som en lineær harmonisk oscillator. Forholdet mellem tid-og frekvens-domæne udtryk understreges. Green's sætning bruges til at udlede en række nyttige relationer mellem koefficienterne, samt høj-og lavfrekvente grænser. Green's sætning fører også til rand integral formuleringen og videre til rand element metoden (BEM), som er den mest udbredte løsningsteknik for at beregne de hydrodynamiske koefficienter. En række varianter af BEM diskuteres herunder både 2D strip-type metoder og 3D-metoder baseret på enten det frie overflade eller Rankine Green funktion. Som opgave, skal den studerende opbygge sin egen 2D BEM løser til både uendelige domæne problemer og bølge problemer. Finite difference og finite volumen løsninger bliver også diskuteret. Ugentlige øvelser løses for at illustrere teorien. En bevægelsesligningsløser bygges i Matlab og anvendes til at analysere flere typiske konstruktioner. Nogle koncept prøver bliver også svaret på i løbet af semesteren.
Litteraturhenvisninger
"Marine Hydrodynamics - 40th Anniversary Edition" by J.N. Newman, MIT press 2017.
Forlæsningsnoter.
Sidst opdateret
04. maj, 2023