Impact of nonlinear standing waves underneath a deck

• Autorzy: Majewski D. , Sulisz W.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.135210

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A theoretical approach was applied to investigate the impact of nonlinear standing waves underneath a horizontal deck. A solution was achieved by applying a boundary element method. The model was applied to predict impact pressure underneath a deck. The results show that the wave impact is a very complex momentary process. The influence of initial boundary conditions, wave parameters and deck clearance on impact pressure are analysed. The analysis shows that purely sinusoidal waves of very small amplitude may cause an impact pressure several orders of magnitude higher than a pressure arising from typical applications of a linear wave theory. The analysis shows that all these non-intuitive outcomes arise from the complexity of a wave impact process and its enormous sensitivity to initial conditions what indicates serious difficulties in a reliable prediction of a wave impact for complex wave fields or other structures. Laboratory experiments were conducted to validate theoretical results.

PL

Zbadano proces uderzenia nieliniowych, stojących fal wodnych w spód poziomego pokładu. Wykorzystano podejście teoretyczne, którego rozwiązanie opiera się na Metodzie Elementów Brzegowych. Za pomocą modelu wyznaczono ciśnienia generowane uderzeniem fal wodnych. Wyniki wskazują na to, że proces jest bardzo złożony i ma charakter impulsowy. Analizowano wpływ początkowych warunków brzegowych, parametrów fali oraz wysokości zawieszenia pokładu nad powierzchnią spokoju na generowane ciśnienia. Wyniki pokazują, że nawet fale sinusoidalne, o małej amplitudzie mogą wywołać ciśnienia kilkukrotnie większe niż ciśnienia wynikające z typowych zastosowań teorii liniowej falowania. Pokazują również, że często nieintuicyjne wnioski wynikają ze złożoności procesu uderzenia fali i jego dużej czułości na początkowe warunki brzegowe. Wskazuje to na poważne trudności w wiarygodnym modelowaniu procesu uderzenia dla złożonych pól falowych oraz skomplikowanych układów geometrycznych budowli. Przeprowadzono również pomiary laboratoryjne w celu uzyskania danych do walidacji modelu numerycznego. Opracowany model zapewnia wyniki z dokładnością umożliwiającą zastosowanie go w zadaniach inżynierskich.

Słowa kluczowe

EN

wave impact; impact pressure; coastal structure; offshore structure; water wave; boundary element method; numerical model

PL

uderzenie falii; impuls ciśnienia; budowla brzegowa; budowla morska; fala wodna; metoda elementów brzegowych; model numeryczny

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 4
• Strony: 79--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il.

Twórcy

autor

Majewski D.

• Institute of Hydro-Engineering Polish Academy of Sciences, Gdańsk, Poland

autor

Sulisz W.

• Institute of Hydro-Engineering Polish Academy of Sciences, Gdańsk, Poland

Bibliografia

• [1] W. Sulisz, P. Wilde, M. Wiśniewski, Wave impact on elastically supported horizontal deck., Journal of Fluids and Structures 21 (3), 305-319, 2005.
• [2] R. Moideen, M. Behera, A. Kamath, H. Bihs. Numerical Simulation and Analysis of Phase-Focused Breaking and Non-Breaking Wave Impact on a Fixed Offshore Platform Deck. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 2020.
• [3] J. French, Wave uplift pressures on horizontal platforms., Proceedings of Civil Engineering in Oceans IV, San Francisco, CA, USA, 1 (179) 187-202, 1969.
• [4] R. Shih, K. Anastasiou, A laboratory study on the wave-induced vertical loading on platform decks., Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Water Maritime and Energy 96, 19-33, 1992.
• [5] M. Isaacson, S. Bhat, Wave forces on a horizontal plate., International Journal of Offshore and Polar Engineering 6 (2), 19-26, 1996.
• [6] R. Bea, T. Xu, J. Stear, R. Ramos, Wave forces on decks of offshore platforms., Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 125, 118-173, 1999.
• [7] P. Kaplan, J. Murray, W. Yu, Theoretical analysis of wave impact forces on platform deck structures., Proceedings of the Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering Paper OTC 6814 vol. 1-A Offshore Technology, OMAE, Copenhagen, Denmark, 1995.
• [8] C. P. Lai, J. J. Lee, Interaction of finite amplitude waves with platforms or docks., ASCE Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 115, 19-39, 1987.
• [9] B. Ren, Y. Wang, Numerical simulation of random wave slamming on structures in the splash zone., Ocean Engineering 31, 547-560, 2004.
• [10] R. Baarholm, O. Faltinsen, Wave impact underneath horizontal decks., Journal of Marine Science and Technology 9, 1-13, 2004.
• [11] W. Sulisz, L. Paszke, Modelling of wave impact on a horizontal deck., in: Proc. of International Conference on Violent Flows, VF’07, RIAM, pp. 347-354, 2007.
• [12] W. Sulisz, L. Paszke, Extreme wave impact on a horizontal deck., in: Proc. of International Conference on Violent Flows, VF’07, RIAM, pp. 355-362, 2007.
• [13] C. Judge, A. Troesch, M. Perlin, Initial water impact of a wedge at vertical and oblique angles, Journal of Engineering Mathematics 48 (3-4), 279-303, 2004.
• [14] R. Zhao, O. Faltinsen, Water entry of two-dimensional bodies, Journal of Fluid Mechanics 246 (1993) 593-612, 1993.
• [15] W. Sulisz. Reflection and transmission of nonlinear water waves at a semi-submerged dock. Archives of Mechanics, 65, 237-260,2013
• [16] W. Sulisz, R. T. Hudspeth. Second-Order Wave Loads on Planar Wavemakers. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, American Society of Civil Engineers (ASCE), 119, 521-536, 1993.
• [17] J. V. Wehausen, In Handbuch der Physik, Springer-Verlag, Berlin, 1960, Ch. Surface Waves., pp. 446-778, 1960.
• [18] N. Sugino, and R. Tosaka, Direct differentation approach to boundary element method for nonlinear water wave problems, in: S. Kobayashi, N. Nishimura (Eds.), Boundary Element Methods, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 1992, pp. 314-323, 1992.
• [19] S. T. Grilli, J. Skourup, I. A. Svendsen, An efficient boundary element method for nonlinear water waves., Engineering Analysis with Boundary Element 6 (2), 1989.
• [20] D.H. Peregrine, H. Bredmose, G. Bullock, C. Obhrai, G. Muller, G. Wolters. Water wave impact on walls and the role of air. Proceedings of the Coastal Engineering Conference., 2005.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).