Vortex-Induced Vibration of a Spherical Body With Free Surface Effects: Application to Tugboats With Low Length-to-Beam Ratio
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Flow-structure interactions of submerged or floating bodies can lead to undesired behavior in many marine and offshore engineering applications. In this paper, we consider a complex nonlinear dynamical system of unsteady wake flow interacting with a freely moving tugboat in open water. To meet the operational demands of compact, agile, and high power ship-handling, new hull forms of tugboats are designed with low length-to-beam ratios and rounded sterns. While the hydrodynamic design with low length-to-beam ratios provides improved directional controllability, it can be challenging for tractor tugboats due to the massively separated wake flow with the vortex shedding. These wake vortices can cause large fluctuating yaw moments and possibly a strong fluid-structure coupling via synchronization or lock-in. Of particular interest, the proposed study will focus on the physical mechanism and control of flow-induced oscillations with free-surface effects via our in-house fully-coupled three-dimensional fluid-structure-free-surface interaction solver. Stabilized finite element based methods will be employed to discretize the partial differential equations that arise from the mathematical modeling of the physical phenomena considered. We will begin with a fundamental understanding of coupled dynamics of a canonical geometry of a freely vibrating sphere at free-surface. The physical insight gained will then be applied to a realistic tugboat configuration. We aim to understand the fundamentals of vortex-shedding modes and the coupled dynamics pertaining to the flow-induced vibration (FIV) response of a freely vibrating sphere (a prototypical problem for a rounded tugboat) in all three spatial directions. To predict and analyze the vortex synchronization regimes and the wake patterns, the FIV response of the sphere at a low mass ratio is investigated over a broad range of reduced velocities and Reynolds numbers. We find that the sphere begins to move along a linear trajectory with hairpin vortex-shedding mode, eventually transforming into a circular trajectory with spiral mode in its stationary state for Re ∈ [2000–6000]. We systematically examine these mode transitions and the motion trajectories in the three degrees-of-freedom for higher Reynolds number up to 15,000 which has not been studied in detail in the literature. Finally, we will look into the effect of free surface on the FIV response of the sphere piercing the free surface and will link our fundamental results with a realistic configuration of tugboat undergoing vortex-induced oscillation with free surface effects.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».