41222 Bølgebelastninger på skibe og offshore
konstruktioner
2023/2024
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