Excitation Forces on Point Absorbers Exposed to High Order Non-linear Waves
Translated title
Excitationskræfter på punkt absorber udsat for højere ordens ikke-lineære bølger
Authors
Viuff, Thomas Hansen ; Andersen, Morten Thøtt
Term
4. term
Education
Publication year
2013
Submitted on
2013-06-10
Pages
63
Abstract
Bølgeenergianlæg er ofte placeret på mellemdybt eller lavt vand tæt ved vandoverfladen, hvor bølgepåvirkningen er kraftigst. Konstruktionerne består typisk af store, tynde krumme plader, sfæriske skaller eller cylindere, som er følsomme over for trykbelastninger. Manglen på gode metoder til at beregne design-tryksfordelinger har ført til svigt som knækning i skaller i prototyper. Som et skridt mod at forstå de komplekse belastninger fra ikke-lineære bølger af højere orden præsenterer dette arbejde en praktisk metode til at estimere bølgeexcitationskræfter, der tager højde for både ikke-linearitet (bølger opfører sig ikke som en enkel sinus) og diffraktion (bølger bøjes og spredes omkring konstruktionen). Metoden valideres i laboratoriet med en halvkugleformet punktabsorber udstyret med en 6-aksers krafttransducer, og teknikken vurderes at kunne anvendes på de fleste nedsænkede eller halvnedsænkede flydende enheder. Tilgangen bygger på en topkraftkoefficient defineret som forholdet mellem målte kræfter på strukturen og kræfter estimeret med en valgt teori. Der anvendes to udbredte beregninger: integration af det uforstyrrede bølgetryk over strukturens overflade (Froude–Krylov-kraften) og en numerisk løsning af lineær potentiel diffraktionsteori. Da hver metode har begrænsninger for højere ordens bølger og diffraktion, kombineres de i en samlet fremgangsmåde.
Wave energy devices often operate in intermediate or shallow water, close to the surface where waves are most severe. Many designs use large, thin curved plates or shells that are sensitive to pressure, and poor estimates of design pressures have led to failures such as buckling in prototypes. To move toward a better understanding of the complex loads from higher‑order, non‑linear waves, this study offers a practical way to estimate wave excitation forces that includes both nonlinearity (waves not behaving like simple sine curves) and diffraction (waves bending and scattering around the device). We validate the approach with laboratory tests on a hemispherical point absorber instrumented with a six‑axis force transducer, and we expect the technique to be relevant for many submerged or semi‑submerged floating devices. The method centers on a peak force coefficient, defined as the ratio of measured forces on the structure to forces predicted by a chosen theory. Two common predictions are used: integrating the undisturbed wave pressure over the structure surface (the Froude–Krylov force), and a numerical solution of linear potential diffraction theory. Because each alone has limitations for higher‑order waves and diffraction, we introduce a combined approach.
[This abstract was generated with the help of AI]