<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">71958</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2025.071958</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Numerical Modelling of Oblique Wave Interaction with Dual Curved-LEG Pontoon Floating Breakwaters</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Numerical Modelling of Oblique Wave Interaction with Dual Curved-LEG Pontoon Floating Breakwaters</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Numerical Modelling of Oblique Wave Interaction with Dual Curved-LEG Pontoon Floating Breakwaters</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Palanisamy</surname><given-names>Jothika</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Muthusamy</surname><given-names>Chandru</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref><email>leochandru@gmail.com</email></contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Ramos</surname><given-names>Higinio</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref><xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref><email>higra@usal.es</email></contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>Department of Mathematics, School of Advanced Sciences, Vellore Institute of Technology</institution>, <addr-line>Vellore, 632014</addr-line>, <country>India</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>Scientific Computing Group, University of Salamanca, Plaza de la Merced</institution>, <addr-line>Salamanca, 37008</addr-line>, <country>Spain</country></aff>
<aff id="aff-3"><label>3</label><institution>Department of Applied Mathematics, Escuela Polit&#x00E9;cnica Superior de Zamora, University of Salamanca, Campus Viriato</institution>, <addr-line>Zamora, 49022</addr-line>, <country>Spain</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Authors: Chandru Muthusamy. Email: <email>leochandru@gmail.com</email>; Higinio Ramos. Email: <email>higra@usal.es</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date date-type="collection" publication-format="electronic">
<year>2025</year>
</pub-date>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic">
<day>26</day><month>11</month><year>2025</year>
</pub-date>
<volume>145</volume>
<issue>2</issue>
<fpage>2017</fpage>
<lpage>2038</lpage>
<history>
<date date-type="received">
<day>16</day>
<month>08</month>
<year>2025</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>17</day>
<month>10</month>
<year>2025</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2025 The Authors.</copyright-statement>
<copyright-year>2025</copyright-year>
<copyright-holder>Published by Tech Science Press.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_71958.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>This study investigates the performance of dual curved-leg pontoon floating breakwaters in finite water depth under the assumption of linear wave theory. The analysis is carried out for four different models of curved-leg geometries, which are combinations of convex and concave shapes. The models are classified as follows. Model-1: Seaside and leeside face concave, Model-2: Seaside and leeside face convex, Model-3: Seaside face convex and leeside face concave, and Model-4: Seaside face concave and leeside face convex. The Boundary Element Method is utilized in order to find a solution to the associated boundary value problem. The numerical results are validated against existing analytical and experimental data. Further, the study examines the wave reflection, wave transmission, and the hydrodynamic forces acting on the structure for different values of waves and structural parameters. Overall, the different dual curved-leg pontoon breakwaters are more effective, reducing wave transmission by over <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mn>15</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and increasing wave reflection by more than <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi></mml:math></inline-formula> compared to traditional models. The study shows that the wave reflected by Model 1 significantly increased and attenuated the wave transmission relative to other models. The study found that the height of the curved-leg of Model 1 plays a critical role in blocking waves and redirecting the flow. More precisely, the present analysis concludes that the hydrodynamic performance of Model-1 presents an optimized breakwater design that outperforms the proposed models.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Floating breakwater</kwd>
<kwd>boundary element method</kwd>
<kwd>reflection coefficient</kwd>
<kwd>transmission coefficient</kwd>
<kwd>hydrodynamic force</kwd>
<kwd>surface elevation</kwd>
</kwd-group>
<funding-group>
<award-group id="awg1">
<funding-source>Vellore Institute of Technology</funding-source>
<award-id>SG20230081</award-id>
</award-group>
</funding-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Over the past few decades, the gradual rise in sea levels has significantly impacted coastlines and communities in various coastal nations. Coupled with this phenomenon, the accelerated urbanization and expansion of human activities in countries such as Singapore, Japan, and the Netherlands have placed substantial demands on land resources [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>]. To address these challenges, the utilization of marine space through the development of very large floating structures along coastlines and in harbors has emerged as a promising solution. These very large floating structures, which include applications such as bridges, airports, offshore platforms, wave energy systems, military installations, aquaculture protection structures, and ship navigation aids, offer distinct advantages such as reduced construction costs, efficient water exchange, and ease of construction compared to traditional bottom-standing breakwaters [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>]. However, despite these advantages, Very Large Floating Structures (VLFS) are vulnerable to extreme ocean conditions such as storm waves and tsunamis. Therefore, it is essential to design new hybrid VLFS models capable of improving hydrodynamic performance and ensuring long-term structural safety.</p>
<p>Many floating breakwaters have been proposed to improve hydrodynamic performance. According to their structural features and applications, floating breakwaters are categorized into various configurations, such as box-type, pontoon-type, frame-type, mat-type, tethered float-type, and horizontal plate-type [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>]. Noteworthy advancements in this domain have been reported in the literature. For instance, Mei and Black [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>] explored the wave reflection and transmission coefficient of rectangular obstacles employing the eigenfunction expansion approach, with their findings corroborated through experimental and analytical comparisons. Williams and Abul-Azm [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>] studied a twin pontoon leg floating breakwater using the eigenfunction expansion approach. Neelamani and Rajendran [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>] investigated a <italic>T</italic>-type floating breakwater, demonstrating that an increase in the vertical sectional area enhanced wave reflection and overall wave attenuation. Subsequently, Esmaeel [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>] provided numerical insights into the same breakwater type, highlighting its lower wave transmission compared to rectangular designs and emphasizing the role of draft in wave attenuation. Pena et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>] evaluated the hydrodynamic characteristics of a rectangular structure with a slotted barrier, reporting improved wave transmission coefficients. Masoudi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>] carried out a detailed parametric investigation into the hydrodynamic behavior of a two-legged rectangular floating breakwater. Their findings indicated that this configuration offered superior performance compared to conventional rectangular floating breakwaters, and that the legs play an efficient role in the structural response. Similarly, Ruol et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>] and Sharma et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>] investigated <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:math></inline-formula>-type breakwaters incorporating vertical thin plates, which effectively reduced transmission coefficients. Recently, Sujana et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>] examined the phenomena of scattering and radiation associated with inverted <italic>F</italic>-type and slanted floating breakwaters in the context of arbitrary trench configurations.</p>
<p>Complex structural geometries have attracted significant attention due to their capacity to improve wave attenuation, blocking efficacy, and energy dissipation, thereby offering enhanced solutions for coastal defense and offshore stability [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>]. Jain et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>] introduced floating breakwaters with arc-shaped wings and opening-pass structures, reporting 8.2%&#x2013;17.8% lower transmission coefficients compared to traditional designs. Hussein et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>] conducted both experimental and numerical analyses on curved breakwaters, comparing convex and concave semi-circular configurations, and found that concave configurations provided superior energy dissipation. Further, El Saie et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>] demonstrated the hydrodynamic efficiency of a structure with a curved design, noting that increased concavity enhances energy absorption with respect to wave height and steepness. He et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>] studied single-wing floating breakwaters using the matching eigenfunction expansion method to analyze convex, concave, and inclined wing geometries. It was noted that the wing model reduced wave transmission compared to the rectangular structure and the heave plate. The authors later extended the study to investigate double-wing floating breakwaters [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>]. They found that the double-wing floating breakwater effectively blocked the waves and dissipated the wave energy compared to the single-wing floating breakwater. Therefore, the effects of wave blocking and energy dissipation mainly affects the presence of a dual-curved leg floating structure. For this reason, the present study focuses on the dual-curved floating breakwaters.</p>
<p>Recent advancements in the technology of floating structures have facilitated the emergence of VLFS, which are currently being investigated for a broader range of marine applications. The potential applications of such large floating structures extend far beyond conventional uses such as airports, bridges, or platforms for sea-to-land transportation. Research by various authors, including [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>], emphasizes their versatility. For instance, Lee et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>] analyzed rectangular floating platforms integrated with tuned liquid column dampers, demonstrating an effective reduction in wave forces. Wang and Yung [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>] examined a pontoon-type very large floating breakwater incorporating hydro-elastic plates, highlighting their capacity to mitigate wave-induced responses on platforms. Sun et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>] studied a pontoon-type floating bridge under regular wave conditions and discovered that nonlinear hydroelastic effects greatly impact bending moments, which must be considered in design. Numerical investigations into the hydrodynamic properties of coastal bridge decks by Qu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>] revealed that wave loads on bridge decks increase with wave heights. Experimental studies by Luo et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>] examined the impact of freak wave actions and air gap variations on floating platforms, concluding that reduced air gaps increase tether forces. Khan et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>] examined a submerged structure placed near a floating dock using the boundary element method. They found that the submerged structure shielded the floating dock. Further, the multi-flat leg attached to a very large floating breakwater was investigated in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>]. The results revealed that the multi-flat legs protected the floating structure. Moreover, the above studies focused on the elastic plate, separated structures, and flat legs used to protect the very large floating structures. As a novelty contribution, the present study deals with a curved leg directly attached to a floating breakwater, which forms the main focus of the research.</p>
<p>Previous studies have established that structural modifications, such as a single horizontal thick attachment [<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>] and two-leg extensions [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>], can significantly affect the hydrodynamic performance of a rectangular floating breakwater. To the best of the author&#x2019;s knowledge, no systematic study has investigated rectangular floating breakwaters equipped with curved-leg geometries, despite their potential to enhance wave blocking, flow direction, energy dissipation, and structural resilience. To address this gap, the present study analyzes four novel curved-leg pontoon floating breakwater models with different curvatures and configurations. The objective is to determine which configuration offers the most effective wave attenuation and structural protection, with potential applications in platforms, bridges, and coastal protection systems.</p>
<p>In the present study, the mathematical model for the proposed physical problem is described in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, followed by the presentation of the Boundary Element Method(BEM)-based numerical technique to solve the associated boundary value problem in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>. In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, the current study is validated against previously published results, and an analysis of various curved-leg models is carried out. Finally, <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref> provides concluding remarks and insights derived from the study.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>Mathematical Formulation</title>
<p>This section presents the mathematical model for oblique wave scattering by dual curved-leg pontoon floating breakwaters, analyzed under the assumptions of small-amplitude linear wave theory. The current study analyzes four different configurations of floating breakwaters. The present problem is formulated in a three-dimensional Cartesian coordinate system with the <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mspace width="negativethinmathspace" /><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mspace width="negativethinmathspace" /><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> plane representing the horizontal plane and the <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis denoting the vertical direction, oriented positively upwards. Assume that the water depth is <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the height of the curved-leg pontoon floating structure is <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the height of the floating rectangle is <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the space between the two curved-leg pontoons is <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and the height of the curved-leg is <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The entire fluid domain can be subdivided into two regions, namely, the unbounded regions (<inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mspace width="negativethinmathspace" /><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mspace width="negativethinmathspace" /><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>) and the bounded region restricted to <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mspace width="negativethinmathspace" /><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Further, assume that the fluid is inviscid and incompressible and that the flow is represented as irrotational. The incident wave travels at an oblique angle <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> relative to the <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis, and the fluid motion is simple harmonic in time with an angular frequency <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. There exists a velocity potential function. <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> for the bounded region <italic>R</italic>, where <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the wavenumber, and <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the spatial velocity potential, which satisfies the Helmholtz equation in bounded domain, expressed as:
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>The boundary notations corresponding to those given in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref> are explained below:</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>Schematic sketch of dual curved pontoon floating structure: BEM formulation</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-1.tif"/>
</fig>
<p><inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><bold>Model-1:</bold></p>
<p><inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><bold>Model-2:</bold></p>
<p><inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><bold>Model-3:</bold></p>
<p><inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><bold>Model-4:</bold></p>
<p><inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x222A;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Further, the impermeable bottom boundary has zero flux as defined by
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>on</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The free surface is governed by the linearized kinematic and dynamic conditions, which combine to yield the free surface boundary condition as:
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>on</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> denoting the acceleration due to gravity. The no-flow condition for the floating rigid breakwater is represented as a Neumann boundary condition, enforcing zero normal velocity at the breakwater surface, as given by:
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>on</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Subsequently, the far-field conditions are described as
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>as</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>as</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the reflection and transmission coefficients, respectively. By applying these boundary conditions, the velocity potential is determined using a combination of semi-analytical and numerical methods, as described in the following section.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Mathematical Solution</title>
<p>In this section, the boundary value problem along with its associated boundary conditions is formulated using the eigenfunction expansion approach for the velocity potential in the unbounded region, and the boundary element method is applied in the bounded region.</p>
<sec id="s3_1">
<label>3.1</label>
<title>Eigenfunction Expansion Method in the Unbounded Domain</title>
<p>The spatial velocity potential function in the unbounded regions <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be expressed the eigenfunction expansion method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>] as follows
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>on</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>on</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:math></inline-formula> are defined by
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>and the dispersion relation is satisfied by <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, given
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:msup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mstyle></mml:math></disp-formula></p>
<p>The eigenfunctions <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> satisfy the orthogonal relation
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mrow><mml:mo>&#x27E8;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x27E9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the Kronecker delta function, and the normalization constant <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is
<disp-formula id="ueqn-11"><mml:math id="mml-ueqn-11" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The undetermined coefficients <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are calculated employing the orthogonality of the eigenfuction eigenfunction <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the outer domain as
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The normal derivatives associated with the potential function are defined as
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting the unknown coefficients <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">(14)</xref>, respectively, after truncating the series to N terms, we obtain
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> is defined by
<disp-formula id="ueqn-17"><mml:math id="mml-ueqn-17" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> is given by
<disp-formula id="ueqn-19"><mml:math id="mml-ueqn-19" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="2.470em" minsize="2.470em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>These aforementioned two normal derivatives of the potential function constitute the boundary conditions for the left and right lateral boundaries.</p>
</sec>
<sec id="s3_2">
<label>3.2</label>
<title>Boundary Element Method in the Bounded Region</title>
<p>Applying Green&#x2019;s second identity to the spatial velocity potential <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and the free-space Green&#x2019;s function <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> along the closed boundaries, we obtain
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;if</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2209;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where the fundamental solution <italic>G</italic> that satisfies the Helmholtz equation
<disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Dirac delta function. It is well known that the Laplace equation in cylindrical coordinates is given by,
<disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting the above expression into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">(18)</xref>, we obtain [<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>]
<disp-formula id="ueqn-23"><mml:math id="mml-ueqn-23" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>which gives
<disp-formula id="ueqn-24"><mml:math id="mml-ueqn-24" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Now, let <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> so that <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Substituting, we obtain
<disp-formula id="ueqn-25"><mml:math id="mml-ueqn-25" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Finally, it reduces to
<disp-formula id="ueqn-26"><mml:math id="mml-ueqn-26" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The above equation corresponds to the general form of the Bessel equation. Its solution is given by
<disp-formula id="ueqn-27"><mml:math id="mml-ueqn-27" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The modified Bessel fuction of the first kind, <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> grows exponentially for large <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>,
<disp-formula id="ueqn-28"><mml:math id="mml-ueqn-28" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>as</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>while the modified Bessel function of the second kind, <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> exponentially for large <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>
<disp-formula id="ueqn-29"><mml:math id="mml-ueqn-29" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>as</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Further, as the origin <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> has a logarithmic singularity given as
<disp-formula id="ueqn-30"><mml:math id="mml-ueqn-30" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Thus, <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> where <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a proportionality constant depending on the physical problem. Now, integrating <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">(18)</xref> over a surface <italic>S</italic>, we obtain
<disp-formula id="ueqn-31"><mml:math id="mml-ueqn-31" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mo>&#x222C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo>&#x222C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using the divergence theorem, the first term can be expressed as
<disp-formula id="ueqn-32"><mml:math id="mml-ueqn-32" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mo>&#x222C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x222E;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Consequently, we further deduce that
<disp-formula id="ueqn-33"><mml:math id="mml-ueqn-33" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x222E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x222E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Next, the second kind of equation is given by
<disp-formula id="ueqn-34"><mml:math id="mml-ueqn-34" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo>&#x222C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>&#x03F5;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>&#x03F5;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The above expression tends to zero as <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Thus, we get
<disp-formula id="ueqn-35"><mml:math id="mml-ueqn-35" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">&#x27F9;</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting the value of <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> into the solution gives
<disp-formula id="ueqn-36"><mml:math id="mml-ueqn-36" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>which is the fundamental solution of the Helmholtz equation, where <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> is the Euclidean distance between the integration point (source point) <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and the field point <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Further, the Bessel function of the recurrence formula is employed to determine the normal derivative of <italic>G</italic>, providing
<disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> represents the modified Bessel function of the second kind and first order. The integration point <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> congruent with the field point <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, i.e., <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> gets the asymptotic behavior
<disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5772</mml:mn></mml:math></inline-formula> is the Euler constant. Substituting the boundary conditions <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">(2)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">(4)</xref> into the Green&#x2019;s identity <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">(17)</xref>, then the integral equations in every boundary domain are obtained by
<disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mtext>&#xA0;&#xA0;&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>To solve the aforementioned boundary integral equation, the region is discretized into a limited number of boundary elements, with assumed values <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:math></inline-formula> constant across all elements (Wang and Meylan [<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>]). Furthermore, a set of linear algebraic systems is calculated using the point-collocation technique. The integral <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-22">Eq. (22)</xref> is expressed as
<disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo></mml:msub><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:msub><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.623em" minsize="1.623em">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the number of elements along the lateral boundary, <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> represents the number of elements along the bottom boundary, <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> refers to the number of elements on the structure boundary, and <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> indicates the number of elements on the free surface boundary. The terms <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula><inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are denote influence coefficients, which are defined as
<disp-formula id="ueqn-42"><mml:math id="mml-ueqn-42" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>when <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the points <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are located on various boundary elements. For this case, the required influence coefficients are calculated numerically using the Gauss-Legendre quadrature technique. On the other hand, when <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the field and integration points lie within the same boundary element, and the influence coefficients are evaluated analytically. The corresponding algebraic system is assembled into matrix form and evaluated using the Gauss elimination method to get the potential velocity and its normal derivatives on each boundary element. Furthermore, the reflection coefficient <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the transmission coefficient <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, surface elevation <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, vertical force <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and horizontal force <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are calculated using the expressions provided in
<disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The elevation of the free surface is represented by
<disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The wave forces exerted on the breakwater are defined by
<disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Results and Discussions</title>
<p>In this section, the impacts of a floating dual curved-leg pontoon breakwater on surface wave scattering are examined for different physical parameters. The eigenfunction expansion approach is used on semi-infinite regions, and the boundary element method is employed on closed regions, enabling computational efficiency. Throughout the discussion, the following fixed physical parameters are used, unless stated otherwise: water depth <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> m, height of the pontoon legs <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.35</mml:mn></mml:math></inline-formula>, height of the floating rectangle <inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, structure height <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, width of the pontoon legs <inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, space between the two curved-leg pontoons <inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and incident wave angle <inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The curved-leg geometry of the floating breakwater satisfies the circular equation:<disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Here, the concave and convex legs on the seaside correspond to the circles of arcs in the fourth and third quadrants, respectively, and are positioned oppositely on the leeside, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>. Four structural models are compared to identify the most efficient design and analyze their hydrodynamic performance under varying conditions.</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>Various types of curved-leg pontoon floating breakwater: (<bold>a</bold>) Model-1, (<bold>b</bold>) Model-2, (<bold>c</bold>) Model-3, (<bold>d</bold>) Model-4</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-2.tif"/>
</fig>
<sec id="s4_1">
<label>4.1</label>
<title>Convergence Study</title>
<p>The convergence of the numerical solutions derived via <italic>BEM</italic> depends on the dimensions of the panels employed to discretize the boundaries in the closed domain. The panel size <inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is determined as follows [<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>]<disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents a constant of proportionality derived through convergence analysis. <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref> illustrates the convergence behavior of the numerical solutions for different curved-leg geometries. From <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>, it is evident that for <inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.39</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the computed wave reflection <inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the transmission coefficient <inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> converge accurately to the three decimal places.</p>
<table-wrap id="table-1">
<label>Table 1</label>
<caption>
<title>Convergence analysis of <inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the case of dual curved-leg pontoon floating breakwater for various heights of the legs <inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th><inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td rowspan="4">0.25</td>
<td><inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:mn>1.17</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:mn>0.88135</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:mn>0.47245</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
 
<td><inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:mn>20</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:mn>0.58</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-142"><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:mn>0.87856</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-143"><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:mn>0.47762</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>

<td><inline-formula id="ieqn-144"><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:mn>30</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-145"><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:mn>0.39</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-146"><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:mn>0.87825</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-147"><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:mn>0.47819</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>

<td><inline-formula id="ieqn-148"><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:mn>40</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-149"><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:mn>0.29</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-150"><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:mn>0.87824</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-151"><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:mn>0.47820</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="4"><inline-formula id="ieqn-152"><mml:math id="mml-ieqn-152"><mml:mn>0.35</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-153"><mml:math id="mml-ieqn-153"><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-154"><mml:math id="mml-ieqn-154"><mml:mn>1.17</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-155"><mml:math id="mml-ieqn-155"><mml:mn>0.92994</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-156"><mml:math id="mml-ieqn-156"><mml:mn>0.36770</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>

<td><inline-formula id="ieqn-157"><mml:math id="mml-ieqn-157"><mml:mn>20</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-158"><mml:math id="mml-ieqn-158"><mml:mn>0.58</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-159"><mml:math id="mml-ieqn-159"><mml:mn>0.92725</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-160"><mml:math id="mml-ieqn-160"><mml:mn>0.37442</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>

<td><inline-formula id="ieqn-161"><mml:math id="mml-ieqn-161"><mml:mn>30</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-162"><mml:math id="mml-ieqn-162"><mml:mn>0.39</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-163"><mml:math id="mml-ieqn-163"><mml:mn>0.92696</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-164"><mml:math id="mml-ieqn-164"><mml:mn>0.37515</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>

<td><inline-formula id="ieqn-165"><mml:math id="mml-ieqn-165"><mml:mn>40</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-166"><mml:math id="mml-ieqn-166"><mml:mn>0.29</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-167"><mml:math id="mml-ieqn-167"><mml:mn>0.92690</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-168"><mml:math id="mml-ieqn-168"><mml:mn>0.37528</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="4"><inline-formula id="ieqn-169"><mml:math id="mml-ieqn-169"><mml:mn>0.45</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-170"><mml:math id="mml-ieqn-170"><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-171"><mml:math id="mml-ieqn-171"><mml:mn>1.17</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-172"><mml:math id="mml-ieqn-172"><mml:mn>0.96448</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-173"><mml:math id="mml-ieqn-173"><mml:mn>0.26414</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>

<td><inline-formula id="ieqn-174"><mml:math id="mml-ieqn-174"><mml:mn>20</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-175"><mml:math id="mml-ieqn-175"><mml:mn>0.58</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-176"><mml:math id="mml-ieqn-176"><mml:mn>0.96276</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-177"><mml:math id="mml-ieqn-177"><mml:mn>0.27033</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>

<td><inline-formula id="ieqn-178"><mml:math id="mml-ieqn-178"><mml:mn>30</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-179"><mml:math id="mml-ieqn-179"><mml:mn>0.39</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-180"><mml:math id="mml-ieqn-180"><mml:mn>0.96264</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-181"><mml:math id="mml-ieqn-181"><mml:mn>0.27076</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>

<td><inline-formula id="ieqn-182"><mml:math id="mml-ieqn-182"><mml:mn>40</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-183"><mml:math id="mml-ieqn-183"><mml:mn>0.29</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-184"><mml:math id="mml-ieqn-184"><mml:mn>0.96269</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-185"><mml:math id="mml-ieqn-185"><mml:mn>0.27059</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s4_2">
<label>4.2</label>
<title>Model Validation and Numerical Results on Dual Curved-Leg Pontoon Breakwaters</title>
<p>The present section determines the wave reflection and transmission coefficients employing the boundary element method and compares them with previous research on rectangular structures. As the height of the curved-leg geometries approaches zero, the dual curved-leg pontoon floating structure effectively transforms into a rectangular configuration. <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3a</xref> illustrates the reflection coefficient vs. the dimensionless height of the structure <inline-formula id="ieqn-186"><mml:math id="mml-ieqn-186"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The present problem is reduced to the surface wave scattering by a rectangular structure, investigated analytically by Mei and Black [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>] and experimentally in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>]. The present results are clearly shown to correlate with the analytical and experimental findings. The boundary element method is more accurate, as the results of the current problem agree well with those of previous studies.</p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Comparison of <inline-formula id="ieqn-194"><mml:math id="mml-ieqn-194"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-195"><mml:math id="mml-ieqn-195"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-196"><mml:math id="mml-ieqn-196"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> for the scattering of a single rectangle dock with <inline-formula id="ieqn-197"><mml:math id="mml-ieqn-197"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-198"><mml:math id="mml-ieqn-198"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6.17</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-199"><mml:math id="mml-ieqn-199"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. vs. (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-200"><mml:math id="mml-ieqn-200"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for different curved model and rectangle with <inline-formula id="ieqn-201"><mml:math id="mml-ieqn-201"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.35</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-202"><mml:math id="mml-ieqn-202"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-203"><mml:math id="mml-ieqn-203"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-204"><mml:math id="mml-ieqn-204"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-205"><mml:math id="mml-ieqn-205"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-3.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3b</xref> depicts the wave reflection <inline-formula id="ieqn-187"><mml:math id="mml-ieqn-187"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the transmission coefficient <inline-formula id="ieqn-188"><mml:math id="mml-ieqn-188"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. for different models of the curved pontoon legs and the rectangle. The wave reflection increases by more than <inline-formula id="ieqn-189"><mml:math id="mml-ieqn-189"><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for different dual curved-leg pontoon models when compared to the rectangular model, whereas the transmission decreases by more than <inline-formula id="ieqn-190"><mml:math id="mml-ieqn-190"><mml:mn>15</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, as shown in <xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref>. This attenuation of wave transmission is due to the attachment of the dual legs, which reduces transmitted wave energy by altering wave propagation patterns. Similar phenomena were observed in the <italic>T</italic>-shaped floating structure by Neelamani and Rajendran [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>]. Also, Ruol et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>] discussed this for the <inline-formula id="ieqn-191"><mml:math id="mml-ieqn-191"><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:math></inline-formula>-shaped floating structure. Therefore, the wave-blocking performance of the curved legs is superior to that of the rectangular structure. A similar conclusion was drawn when comparing single-wing and box-type structures [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>]. In addition, it is observed that the wave transmission of Model-2 increases significantly, whereas it decreases for Models 1, 3, and 4. This is due to the small area between the pontoon legs; as a result, higher wave transmission occurs. The transmission coefficient of Model-1 decreases, and the reflection increases relative to Models 2 and 3 due to the larger area between the legs, a phenomenon also observed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>]. The flow direction changes due to the seaside of the concave leg. The same phenomenon was analyzed by Hussein et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>] while studying the concave and convex semi-circular barriers. Moreover, in Model 1, wave reflection increases by over <inline-formula id="ieqn-192"><mml:math id="mml-ieqn-192"><mml:mn>8</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and wave transmission decreases by more than <inline-formula id="ieqn-193"><mml:math id="mml-ieqn-193"><mml:mn>27</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi></mml:math></inline-formula> compared to the rectangular model as shown in <xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref>. This phenomenon is attributed to wave diffraction, which increases the wave height in front of the structure while decreasing it behind; a similar observation was analyzed in the experimental work on wing-shaped structures [<xref ref-type="bibr" rid="ref-42">42</xref>].</p>
<table-wrap id="table-2">
<label>Table 2</label>
<caption>
<title>The comparison of the reflection <inline-formula id="ieqn-206"><mml:math id="mml-ieqn-206"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, transmission <inline-formula id="ieqn-207"><mml:math id="mml-ieqn-207"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and forces <inline-formula id="ieqn-208"><mml:math id="mml-ieqn-208"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-209"><mml:math id="mml-ieqn-209"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for different curved models and rectangle structure</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th rowspan="2">No. of models</th>
<th align="center" rowspan="2">Models</th>
<th rowspan="2">Reflection (<inline-formula id="ieqn-210"><mml:math id="mml-ieqn-210"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> %)</th>
<th rowspan="2">Transmission (<inline-formula id="ieqn-211"><mml:math id="mml-ieqn-211"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> %)</th>
<th colspan="2">Forces</th>
</tr>
<tr>

<th><inline-formula id="ieqn-212"><mml:math id="mml-ieqn-212"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (%)</th>
<th><inline-formula id="ieqn-213"><mml:math id="mml-ieqn-213"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (%)</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>1</td>
<td>Seaside and leaside face concave</td>
<td>99%</td>
<td>13%</td>
<td>7.67%</td>
<td>8.06%</td>
</tr>
<tr>
<td>2</td>
<td>Seaside and leaside face convex</td>
<td>96%</td>
<td>25%</td>
<td>7.45%</td>
<td>13.2%</td>
</tr>
<tr>
<td>3</td>
<td>Seaside face convex and leaside face concave</td>
<td>98%</td>
<td>18.7%</td>
<td>6.36%</td>
<td>14.5%</td>
</tr>
<tr>
<td>4</td>
<td>Seaside face concave and leaside face convex</td>
<td>98%</td>
<td>18.8%</td>
<td>6.04%</td>
<td>7.14%</td>
</tr>
<tr>
<td>5</td>
<td>Rectangle</td>
<td>91%</td>
<td>40%</td>
<td>2.61%</td>
<td>14.73%</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref> presents the wave variation of wave-induced forces on the curved-leg pontoon breakwater vs. wave number <inline-formula id="ieqn-214"><mml:math id="mml-ieqn-214"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various types of curved-leg models and a rectangular one. From <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4a</xref>, it is noted that the horizontal force <inline-formula id="ieqn-215"><mml:math id="mml-ieqn-215"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> acting on the curved models increases compared to the rectangular structure. This higher force is attributed to wave slamming and breaking on the curved legs. This effect was reported by Ji et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>] when comparing wing-type and box-type structures. The force exerted on Model-1 increases because the seaside concave and leeside convex leg of the breakwater enhances wave trapping and reflection, resulting in greater reflected energy that increases the horizontal force. The vertical force <inline-formula id="ieqn-216"><mml:math id="mml-ieqn-216"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> acting on the rectangular structure increases relative to the other models, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4b</xref>. Additionally, the wave force <inline-formula id="ieqn-217"><mml:math id="mml-ieqn-217"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for Model-1 and Model-4 eventually approaches zero due to the energy dissipation that occurs between the legs.</p>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>Variation of (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-218"><mml:math id="mml-ieqn-218"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-219"><mml:math id="mml-ieqn-219"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. wave number <inline-formula id="ieqn-220"><mml:math id="mml-ieqn-220"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for different model with <inline-formula id="ieqn-221"><mml:math id="mml-ieqn-221"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.35</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-222"><mml:math id="mml-ieqn-222"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-223"><mml:math id="mml-ieqn-223"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-224"><mml:math id="mml-ieqn-224"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-225"><mml:math id="mml-ieqn-225"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-4.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref> illustrates the distribution of free surface elevation for different models and different heights of the curved-leg geometries. <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5a</xref> depicts that the surface elevation of the rectangular model increases on both the seaside and leeside, whereas Model-1 shows a decrease on both sides. This reduction is attributed to the presence of the attached curved-leg pontoons, which increase the wave blocking effect. Furthermore, it is observed that the surface elevation on both the leeside and seaside of the breakwater is lower in Model-1 compared to other models due to the larger area between the legs. He et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>] reported a similar trend while comparing the different floating curved wing structures. From <xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref>, it can be concluded that Model-1 is the most effective structure for attenuating waves compared to the other models. Therefore, Model-1 is considered more favorable for establishing a floating platform or supporting additional coastal activities. As a result, the rest of the discussion will focus primarily on Model-1. <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5b</xref> shows that the surface elevation diminishes with increasing <inline-formula id="ieqn-226"><mml:math id="mml-ieqn-226"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> on the leeside of the structure due to the longer length of the legs, while it increases on the seaside.</p>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Variation of surface elevation <inline-formula id="ieqn-227"><mml:math id="mml-ieqn-227"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for different (<bold>a</bold>) Models, (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-228"><mml:math id="mml-ieqn-228"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> along with <inline-formula id="ieqn-229"><mml:math id="mml-ieqn-229"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-230"><mml:math id="mml-ieqn-230"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-231"><mml:math id="mml-ieqn-231"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-5.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref> demonstrates the reflection coefficient <inline-formula id="ieqn-232"><mml:math id="mml-ieqn-232"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the transmission coefficient <inline-formula id="ieqn-233"><mml:math id="mml-ieqn-233"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as a function of the wavenumber <inline-formula id="ieqn-234"><mml:math id="mml-ieqn-234"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for varying values of <inline-formula id="ieqn-235"><mml:math id="mml-ieqn-235"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-236"><mml:math id="mml-ieqn-236"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6a</xref> presents that wave reflection increases with increasing height of the curved-leg for <inline-formula id="ieqn-237"><mml:math id="mml-ieqn-237"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and transmission is observed in the opposite trend for <inline-formula id="ieqn-238"><mml:math id="mml-ieqn-238"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This is due to the blocking of waves by the larger curved-leg, which is similar to that noticed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>] for a single-wing floating structure. Further, the wave transmission approaches zero. In <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6b</xref>, for <inline-formula id="ieqn-239"><mml:math id="mml-ieqn-239"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1.2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the wave reflection reduces as the height of the rectangular floating structure <inline-formula id="ieqn-240"><mml:math id="mml-ieqn-240"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> decreases. It also illustrates that transmission decreases with increasing height <inline-formula id="ieqn-241"><mml:math id="mml-ieqn-241"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> due to the more wave energy concentrated by the larger pontoon.</p>
<fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<title>Variation of <inline-formula id="ieqn-242"><mml:math id="mml-ieqn-242"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-243"><mml:math id="mml-ieqn-243"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. wave number <inline-formula id="ieqn-244"><mml:math id="mml-ieqn-244"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various values of (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-245"><mml:math id="mml-ieqn-245"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-246"><mml:math id="mml-ieqn-246"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula> (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-247"><mml:math id="mml-ieqn-247"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-248"><mml:math id="mml-ieqn-248"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.35</mml:mn></mml:math></inline-formula> and the other parameters kept constant</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-6.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref> demonstrates the wave reflection <inline-formula id="ieqn-249"><mml:math id="mml-ieqn-249"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the wave transmission <inline-formula id="ieqn-250"><mml:math id="mml-ieqn-250"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. the wave number <inline-formula id="ieqn-251"><mml:math id="mml-ieqn-251"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for varying of <inline-formula id="ieqn-252"><mml:math id="mml-ieqn-252"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-253"><mml:math id="mml-ieqn-253"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7a</xref>, the reflection coefficient increases with increasing distance between the two legs because larger areas occur between the legs. In addition, the transmission decreases as <inline-formula id="ieqn-254"><mml:math id="mml-ieqn-254"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases. This is due to the wave trapping between the legs. <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7b</xref> shows that the wave reflection increases with increasing width of legs <inline-formula id="ieqn-255"><mml:math id="mml-ieqn-255"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the transmission coefficient attains an opposite behavior. This can be attributed to the greater wave blocking by the larger width of the legs.</p>
<fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<title>Variation of <inline-formula id="ieqn-278"><mml:math id="mml-ieqn-278"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-279"><mml:math id="mml-ieqn-279"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. wave number <inline-formula id="ieqn-280"><mml:math id="mml-ieqn-280"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various values of (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-281"><mml:math id="mml-ieqn-281"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-282"><mml:math id="mml-ieqn-282"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula> (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-283"><mml:math id="mml-ieqn-283"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-284"><mml:math id="mml-ieqn-284"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and the other parameters kept constant</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-7.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8</xref> illustrates the horizontal and vertical forces, <inline-formula id="ieqn-256"><mml:math id="mml-ieqn-256"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-257"><mml:math id="mml-ieqn-257"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, excitation on the structure against the dimensionless wavenumber <inline-formula id="ieqn-258"><mml:math id="mml-ieqn-258"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various heights of the legs <inline-formula id="ieqn-259"><mml:math id="mml-ieqn-259"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8a</xref> shows the horizontal force <inline-formula id="ieqn-260"><mml:math id="mml-ieqn-260"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> increases to its maximum at <inline-formula id="ieqn-261"><mml:math id="mml-ieqn-261"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:math></inline-formula> and then gradually diminishes as the wavenumber <inline-formula id="ieqn-262"><mml:math id="mml-ieqn-262"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases for all values of <inline-formula id="ieqn-263"><mml:math id="mml-ieqn-263"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. As the leg height increases, the breakwater interacts with more wave energy, resulting in stronger wave loading and a corresponding rise in horizontal force. <xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8b</xref> reveals that as <inline-formula id="ieqn-264"><mml:math id="mml-ieqn-264"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases, the vertical force <inline-formula id="ieqn-265"><mml:math id="mml-ieqn-265"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> initially diminishes, reaching zero at <inline-formula id="ieqn-266"><mml:math id="mml-ieqn-266"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and then gradually increases to attain stability due to enhanced wave pressure on the structure base.</p>
<fig id="fig-8">
<label>Figure 8</label>
<caption>
<title>Variation of force (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-285"><mml:math id="mml-ieqn-285"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-286"><mml:math id="mml-ieqn-286"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. wave number <inline-formula id="ieqn-287"><mml:math id="mml-ieqn-287"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various values of <inline-formula id="ieqn-288"><mml:math id="mml-ieqn-288"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-289"><mml:math id="mml-ieqn-289"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-290"><mml:math id="mml-ieqn-290"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-8.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9</xref> depicts the horizontal wave force <inline-formula id="ieqn-267"><mml:math id="mml-ieqn-267"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the vertical wave force <inline-formula id="ieqn-268"><mml:math id="mml-ieqn-268"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as a function of the wavenumber <inline-formula id="ieqn-269"><mml:math id="mml-ieqn-269"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for varying rectangular height <inline-formula id="ieqn-270"><mml:math id="mml-ieqn-270"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-271"><mml:math id="mml-ieqn-271"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>, respectively. <xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9a</xref> demonstrates that the horizontal force <inline-formula id="ieqn-272"><mml:math id="mml-ieqn-272"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> attains a similar pattern as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8a</xref>. It is noticeable that, for higher values of the <inline-formula id="ieqn-273"><mml:math id="mml-ieqn-273"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the force increases with the larger area of the pontoon. <xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9b</xref> shows that for <inline-formula id="ieqn-274"><mml:math id="mml-ieqn-274"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the vertical force <inline-formula id="ieqn-275"><mml:math id="mml-ieqn-275"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> increases as <inline-formula id="ieqn-276"><mml:math id="mml-ieqn-276"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases due to the larger surface area between the legs that interacts with the incident wave, resulting in a higher wave force, and then zero force occurs at <inline-formula id="ieqn-277"><mml:math id="mml-ieqn-277"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<fig id="fig-9">
<label>Figure 9</label>
<caption>
<title>Variation of wave force <inline-formula id="ieqn-291"><mml:math id="mml-ieqn-291"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-292"><mml:math id="mml-ieqn-292"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. wave number <inline-formula id="ieqn-293"><mml:math id="mml-ieqn-293"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various values of (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-294"><mml:math id="mml-ieqn-294"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-295"><mml:math id="mml-ieqn-295"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-296"><mml:math id="mml-ieqn-296"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-297"><mml:math id="mml-ieqn-297"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula> and other fixed parameters are <inline-formula id="ieqn-298"><mml:math id="mml-ieqn-298"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.35</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-299"><mml:math id="mml-ieqn-299"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-300"><mml:math id="mml-ieqn-300"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-9.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-10">Fig. 10</xref> demonstrates the horizontal force <inline-formula id="ieqn-301"><mml:math id="mml-ieqn-301"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the vertical force <inline-formula id="ieqn-302"><mml:math id="mml-ieqn-302"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as a function of the wavenumber <inline-formula id="ieqn-303"><mml:math id="mml-ieqn-303"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for the variation of <inline-formula id="ieqn-304"><mml:math id="mml-ieqn-304"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In <xref ref-type="fig" rid="fig-10">Fig. 10a</xref>, as the width of the dual curved-leg <inline-formula id="ieqn-305"><mml:math id="mml-ieqn-305"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases, the horizontal force <inline-formula id="ieqn-306"><mml:math id="mml-ieqn-306"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> increases. This phenomenon arises from the effect of the slamming wave, resulting in an increase in the pressure on the structure. Further, <xref ref-type="fig" rid="fig-10">Fig. 10b</xref> depicts that the vertical force <inline-formula id="ieqn-307"><mml:math id="mml-ieqn-307"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> reduces with increasing <inline-formula id="ieqn-308"><mml:math id="mml-ieqn-308"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>, then reaches zero force at <inline-formula id="ieqn-309"><mml:math id="mml-ieqn-309"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.1</mml:mn></mml:math></inline-formula> after <inline-formula id="ieqn-310"><mml:math id="mml-ieqn-310"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> increases. The reduction in force occurs because the larger width of the legs decreases the vertical pressure.</p>
<fig id="fig-10">
<label>Figure 10</label>
<caption>
<title>Variation of wave force (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-311"><mml:math id="mml-ieqn-311"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-312"><mml:math id="mml-ieqn-312"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. wave number <inline-formula id="ieqn-313"><mml:math id="mml-ieqn-313"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various values of <inline-formula id="ieqn-314"><mml:math id="mml-ieqn-314"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> and other fixed parameters are <inline-formula id="ieqn-315"><mml:math id="mml-ieqn-315"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-316"><mml:math id="mml-ieqn-316"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-317"><mml:math id="mml-ieqn-317"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.35</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-318"><mml:math id="mml-ieqn-318"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-10.tif"/>
</fig>
<p>The variation of the wave reflection <inline-formula id="ieqn-319"><mml:math id="mml-ieqn-319"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and wave transmission <inline-formula id="ieqn-320"><mml:math id="mml-ieqn-320"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is plotted as a function of wave angle <inline-formula id="ieqn-321"><mml:math id="mml-ieqn-321"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for different values of <inline-formula id="ieqn-322"><mml:math id="mml-ieqn-322"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-323"><mml:math id="mml-ieqn-323"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-11">Fig. 11</xref>. <xref ref-type="fig" rid="fig-11">Fig. 11a</xref> depicts that the reflection coefficient increases with increasing incident angles <inline-formula id="ieqn-324"><mml:math id="mml-ieqn-324"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and wave transmission exhibits the opposite behavior. This phenomenon can be attributed to the wave blocking by the larger legs. Further, in <xref ref-type="fig" rid="fig-11">Fig. 11b</xref>, the transmission coefficient diminishes with an increase in distance between the two legs, and the reflection increases. This occurs because the wider rigid breakwater intercepts more of the incoming wave energy, thereby enhancing wave reflection and limiting the transmission beyond the structure.</p>
<fig id="fig-11">
<label>Figure 11</label>
<caption>
<title>The <inline-formula id="ieqn-325"><mml:math id="mml-ieqn-325"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-326"><mml:math id="mml-ieqn-326"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. <inline-formula id="ieqn-327"><mml:math id="mml-ieqn-327"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various values of (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-328"><mml:math id="mml-ieqn-328"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-329"><mml:math id="mml-ieqn-329"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula> (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-330"><mml:math id="mml-ieqn-330"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-331"><mml:math id="mml-ieqn-331"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.35</mml:mn></mml:math></inline-formula> and other parameters kept constant</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-11.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-12">Fig. 12</xref> shows that the reflection coefficient <inline-formula id="ieqn-332"><mml:math id="mml-ieqn-332"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and transmission coefficient <inline-formula id="ieqn-333"><mml:math id="mml-ieqn-333"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> against the wave angle <inline-formula id="ieqn-334"><mml:math id="mml-ieqn-334"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various values of <inline-formula id="ieqn-335"><mml:math id="mml-ieqn-335"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-336"><mml:math id="mml-ieqn-336"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="fig-12">Fig. 12a</xref> presents that <inline-formula id="ieqn-337"><mml:math id="mml-ieqn-337"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> increases and transmission decreases, whereas for <inline-formula id="ieqn-338"><mml:math id="mml-ieqn-338"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases owing to the larger height of the pontoon structure. On the other hand, in <xref ref-type="fig" rid="fig-12">Fig. 12b</xref>, the reflection increases with increasing <inline-formula id="ieqn-339"><mml:math id="mml-ieqn-339"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. As <inline-formula id="ieqn-340"><mml:math id="mml-ieqn-340"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases, the transmission decreases for <inline-formula id="ieqn-341"><mml:math id="mml-ieqn-341"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>70</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> due to blockage of the waves.</p>
<fig id="fig-12">
<label>Figure 12</label>
<caption>
<title>The <inline-formula id="ieqn-349"><mml:math id="mml-ieqn-349"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-350"><mml:math id="mml-ieqn-350"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. <inline-formula id="ieqn-351"><mml:math id="mml-ieqn-351"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various values of (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-352"><mml:math id="mml-ieqn-352"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-353"><mml:math id="mml-ieqn-353"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula> (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-354"><mml:math id="mml-ieqn-354"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-355"><mml:math id="mml-ieqn-355"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula> and other parameters kept constant</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-12.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-13">Fig. 13</xref> illustrates the horizontal force <inline-formula id="ieqn-342"><mml:math id="mml-ieqn-342"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and vertical wave force <inline-formula id="ieqn-343"><mml:math id="mml-ieqn-343"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> against the wave angle <inline-formula id="ieqn-344"><mml:math id="mml-ieqn-344"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for changes in <inline-formula id="ieqn-345"><mml:math id="mml-ieqn-345"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-13">Fig. 13a</xref>, the horizontal force <inline-formula id="ieqn-346"><mml:math id="mml-ieqn-346"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> decreases as the dual leg height reduces because of the reduction of the wave reflection. <xref ref-type="fig" rid="fig-13">Fig. 13b</xref> shows that the vertical force dramatically reduces to reach <inline-formula id="ieqn-347"><mml:math id="mml-ieqn-347"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Further, the vertical force decreases with increasing <inline-formula id="ieqn-348"><mml:math id="mml-ieqn-348"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This is because the greater wave energy is reflected and lesser energy is transmitted below the larger leg of the structure, leading to reduced vertical force.</p>
<fig id="fig-13">
<label>Figure 13</label>
<caption>
<title>Variation of wave force (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-356"><mml:math id="mml-ieqn-356"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-357"><mml:math id="mml-ieqn-357"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. <inline-formula id="ieqn-358"><mml:math id="mml-ieqn-358"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various values of <inline-formula id="ieqn-359"><mml:math id="mml-ieqn-359"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with other fixed parameters are <inline-formula id="ieqn-360"><mml:math id="mml-ieqn-360"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-361"><mml:math id="mml-ieqn-361"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-362"><mml:math id="mml-ieqn-362"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.75</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-13.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-14">Fig. 14</xref> presents the wave forces on the structure <inline-formula id="ieqn-363"><mml:math id="mml-ieqn-363"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-364"><mml:math id="mml-ieqn-364"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> against <inline-formula id="ieqn-365"><mml:math id="mml-ieqn-365"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for varying <inline-formula id="ieqn-366"><mml:math id="mml-ieqn-366"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="fig-14">Fig. 14a</xref> shows that the horizontal force decreases with increasing <inline-formula id="ieqn-367"><mml:math id="mml-ieqn-367"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula id="ieqn-368"><mml:math id="mml-ieqn-368"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>60</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and increases for higher incident angles. The reduction of the wave force is due to the redirection of wave energy around the structure. <xref ref-type="fig" rid="fig-14">Fig. 14b</xref> shows that the vertical force increases as the gap between the dual legs increases. As the larger surface area of the beneath structure interacts with the incident wave, it leads to a greater vertical force due to the higher pressure acting on the structure.</p>
<fig id="fig-14">
<label>Figure 14</label>
<caption>
<title>Variation of wave force (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-369"><mml:math id="mml-ieqn-369"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-370"><mml:math id="mml-ieqn-370"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. wave angle <inline-formula id="ieqn-371"><mml:math id="mml-ieqn-371"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for various values of <inline-formula id="ieqn-372"><mml:math id="mml-ieqn-372"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> with other fixed parameters are <inline-formula id="ieqn-373"><mml:math id="mml-ieqn-373"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-374"><mml:math id="mml-ieqn-374"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-375"><mml:math id="mml-ieqn-375"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.75</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-14.tif"/>
</fig>
<p>The surface plots showing the variation of horizontal force <inline-formula id="ieqn-376"><mml:math id="mml-ieqn-376"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and vertical force <inline-formula id="ieqn-377"><mml:math id="mml-ieqn-377"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, on the structure are presented in <xref ref-type="fig" rid="fig-15">Fig. 15</xref>. In <xref ref-type="fig" rid="fig-15">Fig. 15a</xref>, the horizontal force <inline-formula id="ieqn-378"><mml:math id="mml-ieqn-378"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> initially increases and reaches a maximum at <inline-formula id="ieqn-379"><mml:math id="mml-ieqn-379"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, after which it decreases monotonically as the wave number increases. The increase in wave force is due to higher wave reflection, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref>. In addition, the <inline-formula id="ieqn-380"><mml:math id="mml-ieqn-380"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> becomes more stable with an increase in the incident wave angle <inline-formula id="ieqn-381"><mml:math id="mml-ieqn-381"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and eventually approaches zero for larger angles. In <xref ref-type="fig" rid="fig-15">Fig. 15b</xref>, as the <inline-formula id="ieqn-382"><mml:math id="mml-ieqn-382"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases, the <inline-formula id="ieqn-383"><mml:math id="mml-ieqn-383"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> initially decreases; after attaining the zero force at <inline-formula id="ieqn-384"><mml:math id="mml-ieqn-384"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, it increases.</p>
<fig id="fig-15">
<label>Figure 15</label>
<caption>
<title>The surface plot of wave force (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-385"><mml:math id="mml-ieqn-385"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-386"><mml:math id="mml-ieqn-386"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vs. <inline-formula id="ieqn-387"><mml:math id="mml-ieqn-387"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with other fixed parameters are <inline-formula id="ieqn-388"><mml:math id="mml-ieqn-388"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-389"><mml:math id="mml-ieqn-389"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-390"><mml:math id="mml-ieqn-390"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.35</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-391"><mml:math id="mml-ieqn-391"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-392"><mml:math id="mml-ieqn-392"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.75</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-393"><mml:math id="mml-ieqn-393"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_71958-fig-15.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Conclusion</title>
<p>This study investigates the performance of dual-curved-leg pontoon floating breakwaters in finite water depth, based on linear water wave theory. Four different curved-leg models are analyzed using the boundary element method.
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>The results demonstrate that curved-leg pontoons are more effective in attenuating <inline-formula id="ieqn-394"><mml:math id="mml-ieqn-394"><mml:mn>15</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0025;</mml:mi></mml:math></inline-formula> wave transmission compared to traditional rectangular designs. Among the models examined, Model-1 shows superior hydrodynamic performance. Specifically, it exhibits a lower wave transmission coefficient and a higher reflection coefficient compared to the other curved-leg models.</p></list-item>
<list-item>
<p>Additionally, the horizontal force acting on Model-1 increases, and the vertical force acting on Model-1 and Model-4 decreases. The study indicates that the surface elevation of Model-1 decreases both on the leeward and windward sides compared to the others.</p></list-item>
<list-item>
<p>Finally, the results reveal that the hydrodynamic characteristics of Model-1 efficiently attenuate waves compared to other models. Moreover, the study concluded that Model-1 is considered more useful for establishing a platform and auxiliary coastel activities.</p></list-item>
<list-item>
<p>Further analysis of Model-1 reveals that as the leg height <inline-formula id="ieqn-395"><mml:math id="mml-ieqn-395"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases, the wave reflection coefficient increases, while an inverse trend is observed in the transmission behavior. A similar trend is observed when varying the height of the floating rectangular section <inline-formula id="ieqn-396"><mml:math id="mml-ieqn-396"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The results also indicate that wave reflection improves with increased leg height, leg width, and spacing between the legs, while wave transmission decreases accordingly.</p></list-item>
</list></p>
<p>Overall, this study highlights the importance of optimizing structural parameters, such as leg dimensions and spacing, for the effective design and performance of a floating breakwater system. The BEM is restricted to problems for which a fundamental solution exists, which makes the treatment of nonlinear and inhomogeneous problems difficult. Future work may focus on extending the present formulation to incorporate nonlinear wave effects, inhomogeneous boundary conditions, and coupling with numerical methods such as computational fluid dynamics to overcome these limitations.</p>
<p>The complex pontoon breakwater investigated in this study can be further examined for all six degrees of freedom (surge, sway, heave, roll, pitch, and yaw) using high-fidelity computational fluid dynamics simulations and experimental setups, providing a more realistic representation of its dynamic behavior. Future research will address these limitations, which define the scope of the study. Additionally, future research may extend the current model by incorporating additional energy-harvesting mechanisms, such as an integrated oscillating water column system.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack>
<p>The authors gratefully acknowledge the valuable insights and stimulating discussions contributed by Dr. R. Gayathri of the Department of Mathematics, School of Advanced Sciences, Vellore Institute of Technology, Vellore, India, which have substantially enhanced the development of this work.</p>
</ack>
<sec>
<title>Funding Statement</title>
<p>This work is supported by Vellore Institute of Technology, Vellore, under a SEED grant (Sanction Order No. SG20230081).</p>
</sec>
<sec>
<title>Author Contributions</title>
<p>Conceptualization, Jothika Palanisamy, Chandru Muthusamy, and Higinio Ramos; methodology, Jothika Palanisamy, Chandru Muthusamy, and Higinio Ramos; validation, Jothika Palanisamy, Chandru Muthusamy, and Higinio Ramos; formal analysis, Jothika Palanisamy, Chandru Muthusamy, and Higinio Ramos; writing&#x2014;original draft preparation, Jothika Palanisamy; writing&#x2014;review and editing, Chandru Muthusamy and Higinio Ramos; visualization, Jothika Palanisamy and Chandru Muthusamy; supervision, Chandru Muthusamy and Higinio Ramos. All authors reviewed the results and approved the final version of the manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability">
<title>Availability of Data and Materials</title>
<p>The data supporting the findings of this study are provided within the article, as detailed in the figure captions and their corresponding discussions.</p>
</sec>
<sec>
<title>Ethics Approval</title>
<p>Not applicable.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement">
<title>Conflicts of Interest</title>
<p>The authors declare no conflicts of interest to report regarding the present study.</p>
</sec>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>[1]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Koh</surname> <given-names>HS</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lim</surname> <given-names>YB</given-names></string-name></person-group>. <article-title>The floating platform at the Marina Bay, Singapore</article-title>. <source>Struct Eng Int</source>. <year>2009</year>;<volume>19</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>33</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.2749/101686609787398263</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lamas-Pardo</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Iglesias</surname> <given-names>G</given-names></string-name>, <string-name><surname>Carral</surname> <given-names>L</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A review of Very Large Floating Structures (VLFS) for coastal and offshore uses</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2015</year>;<volume>109</volume>:<fpage>677</fpage>&#x2013;<lpage>90</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2015.09.012</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ohmatsu</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Numerical calculation method for the hydroelastic response of a pontoon-type very large floating structure close to a breakwater</article-title>. <source>J Marine Sci Technol</source>. <year>2000</year>;<volume>5</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>147</fpage>&#x2013;<lpage>60</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s007730070001</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>[4]</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jiang</surname> <given-names>D</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Peng</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shao</surname> <given-names>Y</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Dynamic response analysis of pontoon-type floating bridges subjected to wave and traffic loads</article-title>. In: <conf-name>Proceedings of the Fourth World Conference on Floating Solutions: WCFS 2024; 2025 Dec 2&#x2013;4</conf-name>; <publisher-loc>Hong Kong, China. Singapore</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Nature</publisher-name>. p. <fpage>477</fpage>&#x2013;<lpage>86</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-981-96-4569-5_50</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname> <given-names>CM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lyu</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Duan</surname> <given-names>W</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jung</surname> <given-names>K</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Floating forest: a novel breakwater-windbreak structure against wind and wave hazards</article-title>. <source>Front Struct Civil Eng</source>. <year>2021</year>;<volume>15</volume>(<issue>5</issue>):<fpage>1111</fpage>&#x2013;<lpage>27</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11709-021-0757-1</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname> <given-names>CM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tay</surname> <given-names>ZY</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Very large floating structures: applications, research and development</article-title>. <source>Procedia Eng</source>. <year>2011</year>;<volume>14</volume>:<fpage>62</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.proeng.2011.07.007</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dai</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname> <given-names>CM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Utsunomiya</surname> <given-names>T</given-names></string-name>, <string-name><surname>Duan</surname> <given-names>W</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Review of recent research and developments on floating breakwaters</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2018</year>;<volume>158</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>132</fpage>&#x2013;<lpage>51</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2018.03.083</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>[8]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mei</surname> <given-names>CC</given-names></string-name>, <string-name><surname>Black</surname> <given-names>JL</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Scattering of surface waves by rectangular obstacles in waters of finite depth</article-title>. <source>J Fluid Mech</source>. <year>1969</year>;<volume>38</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>499</fpage>&#x2013;<lpage>511</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1017/s0022112069000309</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>[9]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Williams</surname> <given-names>AN</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abul-Azm</surname> <given-names>AG</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Dual pontoon floating breakwater</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>1997</year>;<volume>24</volume>(<issue>5</issue>):<fpage>465</fpage>&#x2013;<lpage>78</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0029-8018(96)00024-8</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Neelamani</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rajendran</surname> <given-names>R</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Wave interaction with T-type breakwaters</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2002</year>;<volume>29</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>151</fpage>&#x2013;<lpage>75</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0029-8018(00)00060-3</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Masoudi</surname> <given-names>E</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Hydrodynamic characteristics of inverse T-type floating breakwaters</article-title>. <source>Int J Maritime Technol</source>. <year>2019</year>;<volume>11</volume>:<fpage>13</fpage>&#x2013;<lpage>20</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.29252/ijmt.11.13</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Pe&#x00F1;a</surname> <given-names>E</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ferreras</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sanchez-Tembleque</surname> <given-names>F</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Experimental study on wave transmission coefficient, mooring lines and module connector forces with different designs of floating breakwaters</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2011</year>;<volume>38</volume>(<issue>10</issue>):<fpage>1150</fpage>&#x2013;<lpage>60</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2011.05.005</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Masoudi</surname> <given-names>E</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gan</surname> <given-names>L</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Diffraction waves on general two-legged rectangular floating breakwaters</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2021</year>;<volume>235</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>109420</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2021.109420</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ruol</surname> <given-names>P</given-names></string-name>, <string-name><surname>Martinelli</surname> <given-names>L</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pezzutto</surname> <given-names>P</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Formula to predict transmission for &#x03C0;-type floating breakwaters</article-title>. <source>J Waterway Port Coastal Ocean Eng</source>. <year>2013</year>;<volume>139</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(asce)ww.1943-5460.0000153</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>[15]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sharma</surname> <given-names>P</given-names></string-name>, <string-name><surname>Roy</surname> <given-names>R</given-names></string-name>, <string-name><surname>De</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <source>Water wave scattering by &#x03C0;-shaped and inverted &#x03C0;-shaped porous breakwaters</source>. <publisher-loc>Cambridge, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>; <year>2025</year>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sujana Praisilin</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gayathri</surname> <given-names>R</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chandru</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Effect of trench configuration on the scattering and radiation of surface gravity waves by different floating breakwaters</article-title>. <source>Phy Fluids</source>. <year>2025</year>;<volume>37</volume>(<issue>8</issue>):<fpage>087225</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1063/5.0278889</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Rahman</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baeda</surname> <given-names>AY</given-names></string-name>, <string-name><surname>Achmad</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jamal</surname> <given-names>RF</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Performance of a new floating breakwater</article-title>. <source>IOP Conf Ser Mater Sci Eng</source>. <year>2020</year>;<volume>875</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>012081</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1757-899x/875/1/012081</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lyu</surname> <given-names>X</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mi</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tang</surname> <given-names>CM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Adeboye</surname> <given-names>L</given-names></string-name>, <string-name><surname>Farhan</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <etal>et al</etal></person-group>. <article-title>A symmetric experimental study of the interaction between regular waves and a pontoon breakwater with novel fin attachments</article-title>. <source>Symmetry</source>. <year>2024</year>;<volume>16</volume>(<issue>12</issue>):<fpage>1605</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3390/sym16121605</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>[19]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yuan</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname> <given-names>G</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tu</surname> <given-names>J</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A numerical study on a winglet floating breakwater: enhancing wave dissipation performance</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2024</year>;<volume>309</volume>:<fpage>118532</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2024.118532</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>[20]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jain</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bora</surname> <given-names>SN</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Oblique water wave scattering by a floating bridge fitted with a rectangular porous structure and the resulting waveload mitigation</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2023</year>;<volume>275</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>114132</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2023.114132</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>[21]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hussein</surname> <given-names>KB</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ibrahim</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Experimental and numerical study on the hydrodynamic performance of suspended curved breakwaters</article-title>. <source>Int J Maritime Sci Technol</source>. <year>2022</year>;<volume>69</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>123</fpage>&#x2013;<lpage>31</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.17818/nm/2022/3.2</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>[22]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>El Saie</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>El Sayed</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ehab</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Balah</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>The hydrodynamic performance examination of a new floating breakwater configuration</article-title>. <source>Int J Adv Eng</source>. <year>2023</year>;<volume>9</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.22161/ijaems.91.1</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>[23]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>He</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname> <given-names>X</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xie</surname> <given-names>H</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Diffraction wave on the single wing floating breakwater</article-title>. <source>Appl Ocean Res</source>. <year>2024</year>;<volume>146</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>103941</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apor.2024.103941</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>[24]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>He</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname> <given-names>X</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xie</surname> <given-names>H</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Wave blocking performance of the symmetrical double-wing floating breakwater</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2024</year>;<volume>303</volume>:<fpage>117852</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2024.117852</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>[25]</label><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Doss</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Impact of box-type floating breakwater on motion response of hydrodynamically coupled floating platforms downstream [master&#x2019;s thesis]. Delft, The Netherlands: Delft University of Technology</article-title>; <year>2020</year>. </mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>[26]</label><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Watanabe</surname> <given-names>E</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname> <given-names>CM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Utsunomiya</surname> <given-names>T</given-names></string-name>, <string-name><surname>Moan</surname> <given-names>T</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Very large floating structures: applications, analysis and design. Centre for Offshore Research and Engineering. National University of Singapore</article-title>. <comment>Core report 2004-02 (2004)</comment>. p. <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. [cited 2025 Sep 15]. Available from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en%26as_sdt=0%252C5%26q=Watanabe%2BE%252C%2BWang%2BCM%252C%2BUtsunomiya%2BT%252C%2BMoan%2BT.%2BVery%2Blarge%2Bfloating%2Bstructures%253A%2Bapplications%252C%2Banalysis%2Band%2Bdesign.%2B%2BCentre%2Bfor%2BOffshore%2BResearch%2Band%2BEngineering.%2BNational%2BUniversity%2Bof%2BSingapore.%2BCore%2Breport%2B2004-02%2B%25282004%2529.%2Bp.%2B%2B1%25E2%2580%259330.%26btnG=">https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x00026;as_sdt=0&#x00025;2C5&#x00026;q=Watanabe&#x0002B;E&#x00025;2C&#x0002B;Wang&#x0002B;CM&#x00025;2C&#x0002B;Utsunomiya&#x0002B;T&#x00025;2C&#x0002B;Moan&#x0002B;T.&#x0002B;Very&#x0002B;large&#x0002B;floating&#x0002B;structures&#x00025;3A&#x0002B;applications&#x00025;2C&#x0002B;analysis&#x0002B;and&#x0002B;design.&#x0002B;&#x0002B;Centre&#x0002B;for&#x0002B;Offshore&#x0002B;Research&#x0002B;and&#x0002B;Engineering.&#x0002B;National&#x0002B;University&#x0002B;of&#x0002B;Singapore.&#x0002B;Core&#x0002B;report&#x0002B;2004-02&#x0002B;&#x00025;282004&#x00025;29.&#x0002B;p.&#x0002B;&#x0002B;1&#x00025;E2&#x00025;80&#x00025;9330.&#x00026;btnG=</ext-link>. </mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>[27]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Xue</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname> <given-names>G</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname> <given-names>Q</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A novel tri-semicircle shaped submerged breakwater for mitigating wave loads on coastal bridges part I: efficacy</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2022</year>;<volume>245</volume>:<fpage>110462</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2021.110462</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>[28]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Samuel</surname> <given-names>SP</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gayathri</surname> <given-names>R</given-names></string-name>, <string-name><surname>Koley</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Muthusamy</surname> <given-names>C</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Motion responses with hydrodynamic factors in designing a floating breakwater and wave energy converter: a review</article-title>. <source>J Ocean Eng Mari Energy</source>. <year>2025</year>;<volume>11</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>233</fpage>&#x2013;<lpage>63</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40722-024-00372-8</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>[29]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lee</surname> <given-names>HH</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wong</surname> <given-names>SH</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lee</surname> <given-names>RS</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Response mitigation on the offshore floating platform system with tuned liquid column damper</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2006</year>;<volume>33</volume>(<issue>8&#x2013;9</issue>):<fpage>1118</fpage>&#x2013;<lpage>42</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2005.06.008</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>[30]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname> <given-names>CM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tay</surname> <given-names>ZY</given-names></string-name></person-group>. <chapter-title>Hydroelastic analysis and response of pontoon-type very large floating structures</chapter-title>. In: <source>Fluid structure interaction II</source>. <publisher-loc>Berlin/Heidelberg, Germany</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>; <year>2010</year>. p. <fpage>103</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-14206-2_5</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>[31]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sun</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname> <given-names>P</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>Song</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname> <given-names>D</given-names></string-name></person-group>. <article-title>An experimental investigation on the nonlinear hydroelastic response of a pontoon-type floating bridge under regular wave action</article-title>. <source>Ships Offshore Struct</source>. <year>2018</year>;<volume>13</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>233</fpage>&#x2013;<lpage>43</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1080/17445302.2017.1356438</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>[32]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Qu</surname> <given-names>K</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname> <given-names>WY</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ren</surname> <given-names>XY</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kraatz</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname> <given-names>CB</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Numerical investigation on the hydrodynamic characteristics of coastal bridge decks under the impact of extreme waves</article-title>. <source>J Coast Res</source>. <year>2021</year>;<volume>37</volume>(<issue>2</issue>). doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.2112/jcoastres-d-20-00045.1</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>[33]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Luo</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rubinato</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname> <given-names>X</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname> <given-names>X</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Experimental investigation of freak wave actions on a floating platform and effects of the air gap</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2022</year>;<volume>253</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>111192</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2022.111192</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>[34]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Khan</surname> <given-names>MBM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gayathri</surname> <given-names>R</given-names></string-name>, <string-name><surname>Behera</surname> <given-names>H</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Wave attenuation properties of rubble mound breakwater in tandem with a floating dock against oblique regular waves</article-title>. <source>Waves Rand Complex Med</source>. <year>2024</year>;<volume>34</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>2707</fpage>&#x2013;<lpage>25</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1080/17455030.2021.1967512</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>[35]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wu</surname> <given-names>Q</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname> <given-names>G</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xue</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname> <given-names>Y</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Experimental and numerical investigation of combined countermeasure for mitigating tsunami forces on typical coastal T-girder bridge deck</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2023</year>;<volume>268</volume>(<issue>6</issue>):<fpage>113419</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2022.113419</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-36"><label>[36]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hemanth</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Karmakar</surname> <given-names>D</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Hydroelastic analysis of VLFS integrated with multiple porous vertical barriers</article-title>. <source>Ships Offshore Struct</source>. <year>2025</year>;<volume>10</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>22</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1080/17445302.2025.2466107</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-37"><label>[37]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sharma</surname> <given-names>P</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sarkar</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>De</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Comparative hydrodynamic analysis of T and inverse T-shape floating breakwater in oblique wave</article-title>. <source>European J Mechan-B/Fluids</source>. <year>2025</year>;<volume>113</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>204274</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.euromechflu.2025.204274</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-38"><label>[38]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sahoo</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gayathri</surname> <given-names>R</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khan</surname> <given-names>MBM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Behera</surname> <given-names>H</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Hybrid boundary element and eigenfunction expansion method for wave trapping by a floating porous box near a rigid wall</article-title>. <source>Ships Offshore Struct</source>. <year>2023</year>;<volume>18</volume>(<issue>8</issue>):<fpage>1148</fpage>&#x2013;<lpage>58</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1080/17445302.2022.2108227</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-39"><label>[39]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jins</surname> <given-names>MM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Vijay</surname> <given-names>KG</given-names></string-name>, <string-name><surname>Venkateswarlu</surname> <given-names>V</given-names></string-name>, <string-name><surname>Behera</surname> <given-names>H</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Oblique wave interaction with a floating dock in the presence of inverted trapezoidal pile-rock breakwaters</article-title>. <source>Eng Anal Bound Elem</source>. <year>2025</year>;<volume>172</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>106111</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enganabound.2024.106111</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-40"><label>[40]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname> <given-names>CD</given-names></string-name>, <string-name><surname>Meylan</surname> <given-names>MH</given-names></string-name></person-group>. <article-title>The linear wave response of a floating thin plate on water of variable depth</article-title>. <source>Appl Ocean Res</source>. <year>2002</year>;<volume>24</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>163</fpage>&#x2013;<lpage>74</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0141-1187(02)00025-1</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-41"><label>[41]</label><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><collab>Kincaid</collab>, <collab>Gary Allan</collab></person-group>. <article-title>Effects of natural period upon the characteristics of a moored floating breakwater [Ph.D. dissertation]</article-title>. <publisher-loc>Cambridge, MA, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Department of Civil Engineering, Massachusetts Institute of Technology</publisher-name>; <year>1960</year>. [cited 2025 Sep 15]. Available from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://journals.cambridge.org/abstract_S0022112069000309">journals.cambridge.org/abstract_S0022112069000309</ext-link>. </mixed-citation></ref>
<ref id="ref-42"><label>[42]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ji</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bian</surname> <given-names>X</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lu</surname> <given-names>L</given-names></string-name>, <string-name><surname>Guo</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lv</surname> <given-names>F</given-names></string-name></person-group>. <article-title>3D experimental investigation of floating breakwater with symmetrical openings and wing structures</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2024</year>;<volume>313</volume>:<fpage>119624</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2024.119624</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-43"><label>[43]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ji</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bian</surname> <given-names>X</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huo</surname> <given-names>F</given-names></string-name>, <string-name><surname>Guo</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>lian</surname> <given-names>Z</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuan</surname> <given-names>Z</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Experimental study on hydrodynamic characteristics of a new type floating breakwater with opening pass and wing structure</article-title>. <source>Ocean Eng</source>. <year>2022</year>;<volume>259</volume>:<fpage>111923</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.oceaneng.2022.111923</pub-id>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back></article>