Fig. 4. Meshed quarter aluminum model with HAZ regions and support steel plates.

Benchmark study on slamming response of flat-stiffened plates considering fluid-structure interaction

유체-구조 상호작용을 고려한 평판 보강판의 슬래밍 응답에 대한 벤치마크 연구

Dac DungTruongabBeom-SeonJangaCarl-ErikJansoncJonas W.RingsbergcYasuhiraYamadadKotaTakamotofYasumiKawamuraeHan-BaekJua
aResearch Institute of Marine Systems Engineering, Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Seoul National University, Seoul, South Korea
bDepartment of Engineering Mechanics, Nha Trang University, Nha Trang, Viet Nam
cDivision of Marine Technology, Department of Mechanics and Maritime Sciences, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden
dNational Maritime Research Institute, National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology, Tokyo, Japan
eDepartment of Systems Design for Ocean-Space, Yokohama National University, Kanagawa, Japan
fDepartment of Mechanical Systems Engineering, Tokyo University of Agriculture and Technology, Tokyo, Japan


이 논문은 해양구조물의 평보강판의 슬래밍 반응에 대한 벤치마크 연구를 제시합니다. 목표는 유체-구조 상호작용(FSI) 시뮬레이션 방법론, 모델링 기술 및 슬래밍 압력 예측에 대한 기존 연구원의 경험을 비교하는 것이었습니다.

수치 FSI 시뮬레이션을 위해 가장 일반적인 상용 소프트웨어 패키지를 사용하는 3개의 연구 그룹(예: LS-Dyna ALE, LS-Dyna ICFD, ANSYS CFX 및 Star-CCM+/ABAQUS)이 이 연구에 참여했습니다.

공개 문헌에서 입수할 수 있는 경량 선박과 같은 바닥 구조의 평평한 강화 알루미늄 판에 대한 습식 낙하 시험 데이터는 FSI 모델링의 검증에 활용되었습니다. 형상 모델 및 재료 속성을 포함한 실험 조건의 요약은 시뮬레이션 전에 참가자에게 배포되었습니다.

충돌 속도와 강판의 강성이 슬래밍 응답에 미치는 영향을 조사하기 위해 해양 설비에 사용되는 실제 치수를 갖는 평판 보강 강판에 대한 매개변수 연구를 수행했습니다. 보강판에 작용하는 전체 수직력에 대한 FE 시뮬레이션 결과와 이러한 힘에 대한 구조적 반응을 참가자로부터 획득하여 분석 및 비교하였다.

앞서 언급한 상용 FSI 소프트웨어 패키지를 사용하여 슬래밍 부하에 대한 신뢰할 수 있고 정확한 예측을 평가했습니다. 또한 FSI 시뮬레이션에서 관찰된 동일한 영구 처짐을 초래하는 등가 정적 슬래밍 압력을 보고하고 분류 표준 DNV에서 제안한 해석 모델 및 슬래밍 압력 계산을 위한 기존 실험 데이터와 비교했습니다.

연구 결과는 등가 하중 모델이 물 충돌 속도와 플레이트 강성에 의존한다는 것을 보여주었습니다. 즉, 등가정압계수는 충돌속도가 증가함에 따라 감소하고 충돌구조가 더 단단해지면 증가한다.

This paper presents a benchmark study on the slamming responses of offshore structures’ flat-stiffened plates. The objective was to compare the fluid-structure interaction (FSI) simulation methodologies, modeling techniques, and established researchers’ experiences in predicting slamming pressure. Three research groups employing the most common commercial software packages for numerical FSI simulations (i.e. LS-Dyna ALE, LS-Dyna ICFD, ANSYS CFX, and Star-CCM+/ABAQUS) participated in this study. Wet drop test data on flat-stiffened aluminum plates of light-ship-like bottom structures available in the open literature was utilized for validation of the FSI modeling. A summary of the experimental conditions including the geometry model and material properties, was distributed to the participants prior to their simulations. A parametric study on flat-stiffened steel plates having actual scantlings used in marine installations was performed to investigate the effect of impact velocity and plate rigidity on slamming response. The FE simulation results for the total vertical forces acting on the stiffened plates and their structural responses to those forces, as obtained from the participants, were analyzed and compared. The reliable and accurate predictions of slamming loads using the aforementioned commercial FSI software packages were evaluated. Additionally, equivalent static slamming pressures resulting in the same permanent deflections, as observed from the FSI simulations, were reported and compared with analytical models proposed by the Classification Standards DNV and existing experimental data for calculation of the slamming pressure. The study results showed that the equivalent load model depends on the water impact velocity and plate rigidity; that is, the equivalent static pressure coefficient decreases with an increase in impact velocity, and increases when impacting structures become stiffer.

Fig. 4. Meshed quarter aluminum model with HAZ regions and support steel plates.
Fig. 4. Meshed quarter aluminum model with HAZ regions and support steel plates.
Fig. 6. (a) Boundary conditions of water hitting case and (b) water jets at end of the simulation.
Fig. 6. (a) Boundary conditions of water hitting case and (b) water jets at end of the simulation.
Fig. 7. Comparison of prediction and test results for deflection time history of (a) D1 and (b) D2 for Vi = 2.3 m/s.
Fig. 7. Comparison of prediction and test results for deflection time history of (a) D1 and (b) D2 for Vi = 2.3 m/s.
Fig. 8. Comparison of prediction and test results for maximum deflection with different impact velocities.
Fig. 8. Comparison of prediction and test results for maximum deflection with different impact velocities.
Fig. 16. Boundary conditions applied to present FSI simulations (Sym. denotes symmetric, and Cons. denotes constrained)
Fig. 16. Boundary conditions applied to present FSI simulations (Sym. denotes symmetric, and Cons. denotes constrained)
Fig. 24. Distribution of deflections at moment of maximum deflection in: (a) LS-Dyna ALE, (b) Star-CCM+/ABAQUS, (c) ANSYS CFD, and (d) LSDyna ICFD (unit: m).


Benchmark studyEquivalent static pressureFlat-stiffened plateFluid-structure interactionPermanent deflectionSlamming pressure coefficient


[1] Von Karman TH. The impact on seaplane floats during landing. Washington, DC: National Advisory Committee for Aeronautics; 1929. Technical note No.: 321.
[2] Wagner VH. Über Stoß- und Gleitvorgange ¨ an der Oberflache ¨ von Flüssigkeiten. Z Angew Math Mech 1932;12(4):193–215.
[3] Chuang SL. Experiments on flat-bottom slamming. J Ship Res 1966;10:10–7.
[4] Chuang SL. Investigation of impact of rigid and elastic bodies with water. Report for Department of the Navy. Washington, DC: United States Department of the
Navy; 1970. Report No.: 3248.
[5] Mori K. Response of the bottom plate of high-speed crafts under impulsive water pressure. J Soc Nav Archit Jpn 1977;142:297–305 [Japanese].
[6] Cheon JS, Jang BS, Yim KH, Lee HSD, Koo BY, Ju HB. A study on slamming pressure on a flat stiffened plate considering fluid–structure interaction. J Mar Sci
Technol 2016;21:309–24.
[7] Truong DD, Jang BS, Ju HB, Han SW. Prediction of slamming pressure considering fluid-structure interaction. Part I: Numerical simulations. Ships Offshore
[8] Truong DD, Jang BS, Ju HB, Han SW. Prediction of slamming pressure considering fluid-structure interaction. Part II: Derivation of empirical formulations. Mar
[9] Greenhow M, Lin W. Numerical simulation of nonlinear free surface flows generated by wedge entry and wave maker motions. In: Proceedings of the 4th
international conference on numerical ship hydrodynamics, Washington, DC; 1985.
[10] Sun H, Faltinsen OM. Water impact of horizontal circular cylinders and cylindrical shells. Appl Ocean Res 2006;28(5):299–311.
[11] Gingold RA, Monaghan JJ. Smoothed particle hydrodynamics: theory and application to non-spherical stars. Royal Astronomical Society 1977;181:375–89.
[12] Shao S. Incompressible SPH simulation of water entry of a free-falling object. Int J Numer Methods Fluid 2009;59(1):91–115.
[13] Souli M, Ouahsine A, Lewin L. ALE formulation for fluid-structure interaction problems. Comput Methods Appl Mech Eng 2000;190(5):659–75.
[14] Livermore Software Technology Corporation (LSTC). ICFD theory manual incompressible fluid solver in LS-DYNA. Livermore Software Technology Corporation;

[15] Livermore Software Technology Corporation (LSTC). LS-DYNA theoretical manual. Livermore Software Technology Corporation; 2006.
[16] FLOW-3D user’s manual. 2018., version 12.0.
[17] Cd-adapco. STAR-CCM+ User’s manual. 2012., version 7.06.
[18] ANSYS fluent user’s guide. 2015.
[19] ANSYS CFX user’s guide. 2014.
[20] Abaqus user’s manual, version 6.13. SIMULIA; 2013.
[21] Luo HB, Hu J, Guedes Soares C. Numerical simulation of hydroelastic responses of flat stiffened panels under slamming loads. In: Proceedings of the 29th
international conference on ocean, offshore and arctic engineering (OMAE2010); 2010 [Shanghai, China].[22] Yamada Y, Takami T, Oka M. Numerical study on the slamming impact of wedge shaped obstacles considering fluid-structure interaction (FSI). In: Proceedings
of the 22nd international offshore and polar engineering conference (ISOPE2012); 2012 [Rhodes, Greece].
[23] Luo HB, Wang H, Guedes Soares C. Numerical and experimental study of hydrodynamic impact and elastic response of one free-drop wedge with stiffened
panels. Ocean Eng 2012;40:1–14.
[24] Sun H, Wang DY. Experimental and numerical analysis of hydrodynamic impact on stiffened side of three dimensional elastic stiffened plates. Adv Mech Eng
[25] Ma S, Mahfuz H. Finite element simulation of composite ship structures with fluid structure interaction. Ocean Eng 2012;52:52–9.
[26] LSTC. Turek & hron’s FSI benchmark problem. 2012.
[27] Califano A, Brinchmann K. Evaluation of loads during a free-fall lifeboat drop. In: Proceedings of the ASME 32nd international conference on ocean, offshore
and arctic engineering (OMAE2013); 2013 [Nantes, France].
[28] LSTC. 3D fluid elastic body interaction problem. 2014.
[29] Yamada Y, Takamoto K, Nakanishi T, Ma C, Komoriyama Y. Numerical study on the slamming impact of stiffened flat panel using ICFD method – effect of
structural rigidity on the slamming impact. In: Proceedings of the ASME 39th international conference on ocean, offshore and arctic engineering (OMAE2020);
2020 [Florida, USA].
[30] Nicolici S, Bilegan RM. Fluid structure interaction modeling of liquid sloshing phenomena in flexible tanks in flexible tanks. Nucl Eng Des 2013;258:51–6.
[31] DNV. DNV-RP-C205 environmental conditions and environmental loads. Det Norske Veritas; October 2010.
[32] Ahmed YM. Numerical simulation for the free surface flow around a complex ship hull form at different froude numbers. Alex Eng J 2011;50(3):229–35.
[33] Ghadimi P, Feizi Chekab MA, Dashtimanesh A. Numerical simulation of water entry of different arbitrary bow sections. J Nav Architect Mar Eng 2014;11:
[34] Park BW, Cho S-R. Simple design formulae for predicting the residual damage of unstiffened and stiffened plates under explosive loadings. Int J Impact Eng
[35] Truong DD, Shin HK, Cho S-R. Permanent set evolution of aluminium-alloy plates due to repeated impulsive pressure loadings induced by slamming. J Mar Sci
Technol 2018;23:580–95.
[36] Jones N. Structural impact. first ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press; 1989.
[37] Zha Y, Moan T. Ultimate strength of stiffened aluminium panels with predominantly torsional failure modes. Thin-Walled Struct 2001;39:631–48.
[38] Sensharma P, Collette M, Harrington J. Effect of welded properties on aluminum structures. Ship Structure Committee SSC-4 2010.
[39] ABS. Guide for slamming loads and strength assessment for vessels. 2011.
[40] Villavicencio R, Sutherland L, Guedes Soares C. Numerical simulation of transversely impacted, clamped circular aluminium plates. Ships Offshore Struct 2012;7(1):31–45.
[41] Material properties database., Assessed date: 16 May 2020.
[42] Ringsberg JW, Andri´c J, Heggelund SE, Homma N, Huang YT, Jang BS, et al. Report of the ISSC technical committee II.1 on quasi-static response. In:
Kaminski ML, Rigo P, editors. Proceedings of the 20th international ship and offshore structures congress (ISSC 2018), vol. 1. IOS Press BV; 2018. p. 226–31.
[43] Shin HK, Kim S-C, Cho S-R. Experimental investigations on slamming impacts by drop tests. J Soc Nav Archit Korea 2010;47(3):410–20 [Korean].
[44] Huera-Huarte FJ, Jeon D, Gharib M. Experimental investigation of water slamming loads on panels. Ocean Eng 2011;38:1347–55.

FLOW-3D POST Optimal presentation



FLOW-3D POST 2023R2 의 새로운 기능

새로운 결과 파일 형식

FLOW-3D POST 2023R2는 EXODUS II 형식을 기반으로 하는 완전히 새로운 결과 파일 형식을 도입하여 더 빠른 후처리를 가능하게 합니다. 이 새로운 파일 형식은 크고 복잡한 시뮬레이션의 후처리 작업에 소요되는 시간을 크게 줄이는 동시에(평균 최대 5배!) 다른 시각화 도구와의 연결성을 향상시킵니다.

FLOW-3D POST 2023R2 에서 사용자는 이제 선택한 데이터를 flsgrf , EXODUS II 또는 flsgrf 및 EXODUS II 파일 형식 으로 쓸 수 있습니다 . 새로운 EXODUS II 파일 형식은 각 객체에 대해 유한 요소 메쉬를 활용하므로 사용자는 다른 호환 가능한 포스트 프로세서 및 FEA 코드를 사용 하여 FLOW-3D 결과를 열 수도 있습니다. 새로운 워크플로우를 통해 사용자는 크고 복잡한 사례를 신속하게 시각화하고 임의 슬라이싱, 볼륨 렌더링 및 통계를 사용하여 보조 정보를 추출할 수 있습니다. 

새로운 결과 파일 형식은 hydr3d 솔버의 성능을 저하시키지 않으면서 flsgrf 에 비해 시각화 작업 흐름에서 놀라운 속도 향상을 자랑합니다.

레이 트레이싱을 이용한 화장품 크림 충전

혼입 공기 시뮬레이션


레이 트레이싱을 이용한 화장품 크림 충전

혼입 공기 시뮬레이션

이 흥미로운 새로운 개발은 결과 분석의 속도와 유연성이 향상되어 원활한 시뮬레이션 경험을 제공합니다. 

또한 FLOW-3D POST 2023R2 는 최신 버전의 ParaView로 업그레이드되었으며 ParaView 5.11.1 과 관련된 개선 사항을 제공합니다 .

새로운 시각화 기능

임의의 클립 및 슬라이스를 매끄럽게 만듭니다.

EXODUS II 파일 형식을 사용하면 사용자는 모든 방향에서 부드러운 슬라이스를 생성할 수 있으므로 보고 싶은 대로 정확히 흐름을 시각화하는 것이 더 쉬워집니다.

아크형 웨어 시뮬레이션
호형 위어 위의 흐름 방향에 맞춰 정렬된 슬라이스입니다. Surface LIC 표현에서 매끄러운 표면과 유선형을 확인하세요.

모델 출력의 더 나은 정량화

EXODUS II 파일은 체적 개체이므로 흐름의 특성을 더 쉽게 정량화할 수 있습니다. 예를 들어, 아래 표시된 주조 응고 시뮬레이션에서 오른쪽 패널은 히스토그램을 사용하여 주조의 다공성 분포를 설명할 수 있는 방법을 보여줍니다. 마찬가지로 접촉 탱크의 예는 시간이 지남에 따라 소독제 및 병원체 농도 분포가 어떻게 변화하는지 보여주므로 설계 요구 사항이 충족되었는지 여부를 보여주는 데 도움이 됩니다. 

주조 응고 결과

접촉식 탱크 시뮬레이션의 진화

향상된 광선 추적

광선 추적은 기술적인 청중과 비기술적인 청중 모두에게 결과를 전달하는 데 유용한 도구이며 EXODUS II 파일 형식에서 사용할 수 있는 체적 데이터는 이 시각화 방법과 잘 작동합니다.

광선 추적을 사용한 병 채우기 시뮬레이션
FLOW-3D POST 의 뛰어난 광선 추적 기능을 보여주는 병 채우기 시뮬레이션

Surface LIC로 유동장 표현

새로운 Surface LIC 시각화 도구는 흐름 선단이 함께 모이는 재순환 및 불감대뿐만 아니라 온도, 오염 물질 등의 일반적인 이동을 강조하여 흐름장을 시각화하는 데 도움이 됩니다.

FLOW-3D POST 의 새로운 EXODUS II 파일 형식 및 Surface LIC 표현의 예

애니메이션 유선형

애니메이션 유선형은 표준 보기에서 보기 어려울 수 있는 흐름의 내부 구조에 대한 세부 정보를 시각화하는 데 도움이 됩니다.

FLOW-3D POST 2023R1 의 새로운 기능

FLOW-3D POST 2023R1은 기본 MP4 지원을 갖춘 업데이트된 ParaView 엔진, 쉬운 설치를 위한 자동 종속성 테스트 기능을 갖춘 간소화된 Linux 설치 프로그램, Windows 11 및 RHEL 8 지원을 특징으로 합니다.

단위 표시

단위는 엔지니어링 분석 결과를 해석하고 전달하는 핵심 부분입니다. FLOW-3D POST 2023R1 에서는 단위가 결과 파일에서 자동으로 판독되고 공간 및 히스토리 플롯의 범례에 설정되므로 시뮬레이션 결과를 쉽게 해석하고 전달할 수 있습니다.

FLOW-3D POST 장치 디스플레이

자동 PQ 2 플롯

FLOW-3D CAST는 수년 동안 PQ 2 분석을 통해 HPDC 기계 성능에 대한 정보를 제공해 왔으며 이제 FLOW-3D POST 에서 시각화를 지원하도록 이 기능을 확장했습니다. PQ 2 정보는 사전 정의된 플롯에 자동으로 요약되므로 플롯의 가시성을 전환하여 기계가 주조 작업을 수행하는 방식을 확인하기만 하면 됩니다 . 추가적인 이점은 데이터와 시간을 비교하여 압력이 기계 성능을 초과하는 시기를 확인할 수도 있다는 것입니다.


입자 시각화

우리는 상호 작용을 보다 직관적으로 만들고 다른 응용 프로그램에서 사용하기 위해 입자를 STL 파일로 쉽게 내보내거나 FLOW-3D AM 의 경우 분말 용융 시뮬레이션의 초기 조건으로 내보낼 수 있도록 입자를 표시하는 방법을 다시 검토했습니다. FLOW-3D POST 2023R1 에서는 배율 1을 사용하여 입자의 물리적 크기를 신속하게 표시하고 파일 > 데이터 저장 옵션을 사용하여 입자를 STL로 저장할 수 있습니다.

FLOW-3D POST 2023R1의 입자 시각화

FLOW-3D POST 2022R1 의 새로운 기능

FLOW-3D POST 2022R1은 FLOW-3D 의 포스트 프로세서 에 세 가지 중요한 개발을 제공합니다. 즉, 간소화된 2D 슬라이싱, ParaView의 Python 도구를 사용한 고급 자동화, 향상된 포스트 프로세싱 렌더링 속도입니다.

2D 슬라이싱 기능

2D 슬라이싱 기능이 확장되고 간소화되어 작업이 더욱 간단해지고 강력해졌습니다. FLOW-3D POST 사용자는 이제 슬라이스 표면의 벡터 표현과 여러 색상 변수를 사용하여 2D 슬라이스를 빠르게 생성할 수 있습니다. 이 2분짜리 비디오는 새로운 2D 슬라이스 기능의 예를 제공합니다.

파이썬 도구

2022R1에 ParaView의 Python 도구가 추가되면 FLOW-3D POST 의 자동화 기능이 확장 되어 반복 작업을 자동화하는 매크로는 물론 클릭 한 번으로 전체 결과 세트를 생성하는 일괄 후처리도 포함됩니다. 특정하거나 정교한 유형의 후처리, 시뮬레이션 후 시뮬레이션을 표시하려는 경우 출력을 표준화하고 후처리 작업을 자동화할 수 있는 이러한 새로운 기능을 통해 엄청난 이점을 얻을 수 있습니다.

일괄 후처리를 사용하면 후처리 작업을 사전 정의하는 스크립트 또는 상태 파일을 사용하여 명령줄에서 후처리할 수 있으므로 DOE, 매개변수 스윕 또는 자동화된 워크플로우로 인한 여러 결과 파일에 대한 이미지 및 애니메이션 생성이 용이해집니다. 배치 스크립트 또는 상태 파일을 다양한 결과 파일이나 시뮬레이션 결과 파일의 전체 작업 공간에 적용하여 각 사례에 대해 원하는 출력을 빠르고 일관되게 생성할 수 있습니다. 또한 단일 결과 파일에 대한 일련의 다양한 시각화 출력을 생성하는 데 활용할 수도 있습니다.

PvBatch와 매크로를 통합하여 사용자 사이트 에서 후처리 워크플로를 쉽게 자동화하고 가속화하는 방법에 대한 30분짜리 비디오 튜토리얼에 액세스하십시오 .

성능 향상

우리는 또한 후처리 속도에 대해 연구해 왔으며 FLOW-3D POST 2022R1은 일반적으로 FLOW-3D POST v1.1 보다 10%-30% 더 빠르지 만 정확한 속도 향상은 시뮬레이션 및 출력 세부 사항에 따라 다릅니다. 오른쪽의 몇 가지 예는 성능 향상을 보여줍니다.

샘플 시뮬레이션속도를 올리다
미로 위어1.3배
벨하우징 주조1.14배
유체-구조 상호작용1.2배