नौवास्तुकला व महासागर अभियांत्रिकी II: युक्तिचालन, समुद्र-सहनशीलता, जहाज़ संरचनाएँ व महासागर अभियांत्रिकी

युक्तिचालन जहाज़ की क्षैतिज-तल गति है: पथ-धारण (विक्षोभों के विरुद्ध सीधा मार्ग रखना) व पथ-परिवर्तन (मुड़ना, ज़िग-ज़ैग, रुकना)। चाल u पर सीधे मार्ग से छोटे विचलनों हेतु दोलन (sway) वेग v व यॉ दर r रैखिकीकृत समीकरणों m(v̇ + ur) = Y_v v + Y_v̇ v̇ + Y_r r + Y_ṙ ṙ + Y_δ δ तथा I_z ṙ = N_v v + N_v̇ v̇ + N_r r + N_ṙ ṙ + N_δ δ का पालन करते हैं, जिनके गुणांक Y_v, N_r, … द्रवगतिक अवकलज हैं — प्रत्येक गति-चर व पतवार कोण δ के साथ पार्श्व बल Y व यॉ आघूर्ण N के परिवर्तन की दरें। पतवार स्थिर रखने पर जहाज़ दिशात्मक (सरल-रेखीय) स्थायी है यदि विक्षोभ समाप्त हो जाए और वह नए सीधे पथ पर स्थिर हो; गुरुत्व केंद्र मूल पर होने पर शर्त स्थायित्व सूचकांक C = Y_v N_r − N_v (Y_r − mu) > 0 है। अस्थायी जहाज़ भी चलाया जा सकता है, पर केवल निरंतर पतवार क्रिया से।

v का विलोपन नोमोतो का प्रथम-कोटि मॉडल T ṙ + r = K δ देता है: लब्धि K प्रति इकाई पतवार कोण स्थायी यॉ दर है (मुड़ने की क्षमता) और समय-स्थिरांक T मापता है कि जहाज़ कितनी शीघ्रता से पतवार का उत्तर देता है (छोटा T शीघ्र है; ऋणात्मक T अस्थायी जहाज़ का चिह्न है)। समुद्री परीक्षणों व मुक्त-चालित मॉडल परीक्षणों में किए जाने वाले निर्णायक युक्तिचालन इन गुणों को मापते हैं: पूर्ण पतवार पर घूर्णन वृत्त अग्रगमन (advance), स्थानांतरण (transfer), सामरिक व्यास व स्थायी घूर्णन व्यास देता है (IMO निकष 4.5 L से कम अग्रगमन व 5 L से कम सामरिक व्यास माँगते हैं); ज़िग-ज़ैग (केम्फ़) युक्तिचालन, 10°/10° या 20°/20°, अतिलंघन कोण व घुमाव रोकने का समय देता है; सर्पिल (द्युदोने) व उत्क्रम सर्पिल (बेक) परीक्षण पतवार कोण के सापेक्ष स्थायी यॉ दर आलेखित करते हैं और शून्य पतवार के परितः शैथिल्य-पाश के रूप में अस्थायित्व प्रकट करते हैं; पुल-आउट परीक्षण दिखाता है कि पतवार केंद्रित करने के बाद यॉ दर शून्य तक घटती है या नहीं; और क्रैश-स्टॉप पूर्ण आगे से पूर्ण पीछे तक शीर्ष-पहुँच व पथ-पहुँच देता है।

पतवार (rudder) द्रवगतिकी। पतवार अल्प आकृति-अनुपात का पर्ण है: उसका उत्थापन कोण के साथ लगभग रैखिक बढ़ता है जब तक वह स्टॉल न हो, और अभिलंब बल ऐसे दाब केंद्र पर कार्य करता है जो कोण के साथ पीछे खिसकता है, अतः दंड का बल-आघूर्ण इस पर निर्भर है कि कितना क्षेत्रफल दंड के आगे है — संतुलित पतवार, जिसका कुछ क्षेत्रफल आगे है, छोटा संचालन गियर चाहता है। प्रकारों में स्पेड पतवार, अर्ध-संतुलित हॉर्न पतवार, तल-खंड वाले पतवार, और उच्च-उत्थापन फ़्लैप व मछली-पूँछ पतवार हैं। पतवार कोण सामान्यतः 35° तक सीमित रहता है, और संचालन गियर को पतवार एक पक्ष पर 35° से दूसरे पक्ष पर 30° तक 28 s के भीतर ले जाना होता है। नोदक प्रवाह-धारा पतवार पर प्रवाह-चाल को कई गुना करती है और उसे आगे चलते समय इंजन रुकने या पीछे चलने की तुलना में कहीं अधिक प्रभावी बनाती है; पोतकाय, स्केग व पश्चभाग की आकृति अंतर्वाह को सीधा करते या ढकते हैं; और नोदक के ठीक पीछे का पतवार उसके कोटरन व कंपन के प्रति भी उद्भासित है।

नियमित तरंगें रैखिक (एयरी) सिद्धांत से वर्णित होती हैं: गहरे जल में वेग c = gT/(2π) और लंबाई L = gT²/(2π), अतः 10 s की तरंग 9.81 × 10/6.283 = 15.6 m/s से चलती है और 156 m लंबी होती है। ट्रोकॉइडी तरंग, लुढ़कते वृत्त के भीतर के बिंदु द्वारा अनुरेखित रूप, ज्या तरंग की अपेक्षा नुकीले शिखर व चपटे गर्त रखती है और L/20 ऊँचाई सहित अनुदैर्ध्य सामर्थ्य की पारंपरिक मानक तरंग थी। वास्तविक समुद्र अनियमित है: उसे यादृच्छिक कला वाले अनेक नियमित घटकों के अध्यारोपण के रूप में निरूपित किया जाता है, जिनका आवृत्ति पर ऊर्जा-वितरण तरंग स्पेक्ट्रम S(ω) है। उसके आघूर्ण m_n = ∫ωⁿS(ω)dω सांख्यिकी देते हैं: सार्थक तरंग ऊँचाई H_s = 4√m₀ (सबसे ऊँची एक-तिहाई तरंगों का माध्य) व माध्य शून्य-पारण आवर्तकाल 2π√(m₀/m₂)। मानक स्पेक्ट्रम पूर्ण विकसित समुद्र का पियर्सन–मॉस्कोविट्ज़ स्पेक्ट्रम व सीमित-फ़ेच समुद्र का अधिक शिखरित JONSWAP स्पेक्ट्रम हैं।

चाल V से चलता जहाज़ तरंगों से भेंट आवृत्ति ω_e = ω − (ω²V/g) cos μ पर मिलता है, μ शीर्ष-दिशा है (सम्मुख समुद्र में 180°, जहाँ ω_e = ω + ω²V/g, और अनुगामी समुद्र में 0°)। 10 m/s पर सम्मुख मिली 0.6 rad/s की तरंग 0.6 + 0.36 × 10/9.81 = 0.967 rad/s पर मिलती है। जहाज़ की छह स्वातंत्र्य कोटियाँ हैं — सर्ज, स्वे व हीव (स्थानांतरण) तथा रोल, पिच व यॉ (घूर्णन)। अपने केंद्र-तल के परितः सममित जहाज़ हेतु हीव व पिच ऊर्ध्वाधर तल में परस्पर युग्मित हैं, और स्वे, रोल व यॉ क्षैतिज में; रैखिक सिद्धांत में दोनों समूह अयुग्मित हैं। प्रत्येक गति (m + a)ẍ + bẋ + cx = F cos ω_e t का पालन करती है, a संलग्न द्रव्यमान, b तरंग-निर्माण अवमंदन और c पुनःस्थापक दृढ़ता: हीव हेतु ρgA_W, रोल हेतु ΔgGM व पिच हेतु ΔgGM_L। प्रति इकाई तरंग आयाम अनुक्रिया अनुक्रिया आयाम संकारक (RAO) है, और गति स्पेक्ट्रम RAO² × तरंग स्पेक्ट्रम है।

अनवमंदित प्राकृतिक आवर्तकाल निम्नलिखित हैं: रोल T_φ = 2πk/√(gGM), k संलग्न जड़त्व सहित रोल घूर्णन-त्रिज्या — k = 8 m व GM = 1.0 m से 2π × 8/√9.81 = 16.05 s, और बड़े GM वाला कठोर जहाज़ शीघ्र व प्रचंड रोल करता है; हीव T_z = 2π√[(m + a)/(ρgA_W)], जो संलग्न द्रव्यमान रहित T डुबाव के बक्से हेतु 2π√(T/g) है, T = 4 m पर 4.01 s। ω_e और किसी प्राकृतिक आवृत्ति के बीच अनुनाद बड़ी गतियाँ देता है। तरंगित समुद्र में गति के गतिक प्रभाव हैं स्लैमिंग (अग्र-तल के बाहर निकलकर पुनः प्रवेश करने पर तल या अग्र-फैलाव का आघात), डेक का भीगना व हरित जल, पश्चभाग उठने पर नोदक का तेज़ घूमना (racing), अतिरिक्त प्रतिरोध व अनैच्छिक चाल-हानि, उच्च ऊर्ध्वाधर त्वरण जो गति-रुग्णता उत्पन्न करते और कर्मीदल का कार्य सीमित करते हैं, माल का खिसकना, और वे भार जो पोतकाय को चाबुक-सा झटका (whipping) देते हैं। स्थायीकारक रोल घटाते हैं, वह गति जिसका प्राकृतिक अवमंदन न्यूनतम है: निष्क्रिय बिल्ज कील (सबसे सस्ते व सामान्य), रोल आवर्तकाल से समस्वरित निष्क्रिय रोल-रोधी टंकियाँ (U-नली या मुक्त-पृष्ठ फ़्लूम टंकियाँ), और सक्रिय पंख स्थायीकारक, सक्रिय टंकियाँ, घूर्णाक्षी स्थायीकारक व पतवार-रोल स्थायीकरण। पिच व हीव स्थायीकरण हेतु अत्यधिक प्रबल हैं; उन्हें पोतकाय आकृति तथा मार्ग व चाल बदलकर घटाया जाता है।

विधियाँ। पट्टी सिद्धांत पतले जहाज़ को द्वि-विमीय अनुप्रस्थ पट्टियों में बाँटता है, प्रत्येक काट के संलग्न द्रव्यमान, अवमंदन व तरंग-उत्तेजक बल को ऐसे परिकलित करता है मानो वह अनंत बेलन हो, और लंबाई पर समाकलित करता है; यह तीव्र है और मध्यम चाल पर हीव व पिच हेतु अच्छा है, निम्न भेंट आवृत्ति, उच्च चाल व रोल हेतु दुर्बल है, जहाँ श्यान अवमंदन महत्त्वपूर्ण है। परिसीमा-अवयव (पैनल) विधियाँ गीले पृष्ठ पर ग्रीन-फलन या रैंकिन स्रोतों से त्रि-विमीय विभव समस्या हल करती हैं; परिमित-अवयव विधियाँ तरल क्षेत्र को विविक्त करती हैं या तरल को प्रत्यास्थ पोतकाय से युग्मित करती हैं (द्रव-प्रत्यास्थता); और श्यान CFD वह जोड़ता है जो विभव सिद्धांत छोड़ देता है। समुद्र-सहनशीलता बेसिन में प्रयोग तरंग-जनकों से नियमित व अनियमित तरंगें प्रयुक्त करते हैं। उच्च-निष्पादन वाहनों में गहरे स्तंभों पर छोटे जलतल वाले SWATH पोतकाय की हीव व पिच दृढ़ता कम है और अतः प्राकृतिक आवर्तकाल अधिकांश तरंग आवर्तकालों से लंबे हैं, इसलिए वह कम हिलता है; कैटामरान का अनुप्रस्थ स्थायित्व बहुत अधिक है पर रोल शीघ्र व झटकेदार है; प्लेनिंग नौकाएँ स्लैमिंग से तीव्र ऊर्ध्वाधर त्वरण झेलती हैं; और हाइड्रोफ़ॉइल नौकाएँ जलमग्न पर्णों पर तरंगों से ऊपर उड़ती हैं।

जहाज़-निर्माण पदार्थ। अधिकांश पोतकाय 235 MPa न्यूनतम पराभव वाले वेल्डित मृदु (सामान्य-सामर्थ्य) इस्पात के होते हैं, जो बढ़ती खाँच-कठोरता के A, B, D व E ग्रेडों में दिए जाते हैं ताकि जहाँ निम्न ताप या मोटी पट्टिका भंगुर विभंजन का जोखिम बनाए वहाँ प्रयुक्त हों, और बड़े जहाज़ों के अत्यधिक प्रतिबलित डेक व तल में उच्च-तनन इस्पात (AH32, AH36, AH40, 315, 355 व 390 MPa पराभव) प्रयुक्त होते हैं। ऐलुमिनियम मिश्रधातुएँ अधिसंरचनाओं व तीव्र नौकाओं में भार बचाती हैं; रेशा-प्रबलित प्लास्टिक छोटी नौकाओं हेतु; स्टेनलेस व आवरित इस्पात रासायनिक टंकियों का अस्तर बनाते हैं। संयोजन: पोतकाय पूर्वनिर्मित खंडों से बनता है जो वेल्डन से जुड़ते हैं — बैठाने व स्थितिगत कार्य हेतु हस्त धातु-चाप, फ़्लक्स-कोर व गैस धातु-चाप, लंबी समतल सीवनों हेतु निमज्जित-चाप, ऊर्ध्वाधर बट हेतु इलेक्ट्रो-गैस — पट्टन में बट वेल्ड और दृढ़कों व पट्टिका के बीच फ़िलेट वेल्ड के रूप में। रिवेटन मरम्मत व कुछ दरार-रोधी विवरणों में बचा है; जहाँ भाग हटाने योग्य हों वहाँ बोल्टन प्रयुक्त होता है।

ढाँचा-तंत्र। अनुप्रस्थ ढाँचे में पास-पास स्थित अनुप्रस्थ फ़्रेम, फ़्लोर व डेक-धरनें पट्टन को आलंब देती हैं; यह छोटे जहाज़ों व स्थानीय भारों हेतु उपयुक्त है और माल-कक्ष खुला छोड़ता है। अनुदैर्ध्य ढाँचे (इशरवुड तंत्र) में पास-पास स्थित अनुदैर्ध्य दृढ़क आगे-पीछे चलते हैं, जिन्हें दूर-दूर स्थित गहरे वेब फ़्रेम व अनुप्रस्थ अवयव आलंब देते हैं; अनुदैर्ध्य अवयव पोतकाय-धरन के काट मापांक में जुड़ते हैं और पट्टन को बंकन (buckling) के विरुद्ध दृढ़ करते हैं, अतः यह अनुदैर्ध्य बंकन से प्रभावित लंबे जहाज़ों में प्रयुक्त होता है — टैंकरों व थोक-वाहकों के डेक व तल में। संयुक्त ढाँचा डेक व तल में अनुदैर्ध्य अवयव तथा पार्श्वों में अनुप्रस्थ फ़्रेम रखता है। तल प्रायः दोहरा तल होता है — बाह्य आवरण, भीतरी तल (टंकी-शीर्ष), केंद्र व पार्श्व गर्डर तथा ठोस या ब्रैकेट फ़्लोर — जो माल वहन करता है, टंकियाँ बनाता है और भूग्रस्तता सहता है; पार्श्व में आवरण पट्टन, फ़्रेम या अनुदैर्ध्य अवयव, वेब फ़्रेम व स्ट्रिंगर हैं; डेक में धरनों या अनुदैर्ध्य अवयवों व गर्डरों पर पट्टन है, हैच-कोमिंग सहित; बल्कहेड — आगे टक्कर बल्कहेड, अनुप्रस्थ जलरोधी बल्कहेड व अनुदैर्ध्य बल्कहेड, समतल-दृढ़ीकृत या नालीदार — पोतकाय को उपविभाजित करते हैं और डेकों को आलंब देते हैं। सिरा संरचनाएँ आगे पैंटिंग व स्लैमिंग वहन करती हैं (पैंटिंग धरनें व स्ट्रिंगर, ब्रेस्टहुक, बल्बनुमा अग्रभाग) और पीछे स्टर्न फ़्रेम, पतवार हॉर्न व शाफ़्ट बॉसिंग। अवयव संरचनात्मक संयोजनों — ब्रैकेट, नी, कॉलर पट्टिकाएँ जहाँ अनुदैर्ध्य अवयव वेब से गुज़रते हैं — से मिलते हैं, और बुरी आकृति होने पर दरारें यहीं आरंभ होती हैं।

अधिसंरचना (पूर्ण चौड़ाई, सामर्थ्य डेक पर निर्मित) पर्याप्त लंबी होने पर पोतकाय-धरन बंकन में भाग लेती है, जबकि छोटा डेकहाउस नहीं लेता और उसके सिरों पर दरार से बचाने हेतु उसे प्रसार-जोड़ों से पृथक या क्रमशः पतला करना पड़ता है। हैच आवरण — कोमिंग पर इस्पात पोंटून, मोड़ने योग्य या लुढ़कने वाले आवरण — मौसमरोधी होने चाहिए और माल व हरित-समुद्र भार वहन करने चाहिए, और जिन छिद्रों को वे बंद करते हैं वे डेक को काटते हैं, अतः उनके कोने गोल व मोटे किए जाते हैं। मशीनरी आधार (सीटिंग) दोहरे तल से बँधे गहरे गर्डर हैं, जो इंजन को संरेखित रखने और संरचनात्मक प्राकृतिक आवृत्तियों को इंजन व नोदक उत्तेजन से दूर रखने हेतु पर्याप्त दृढ़ हैं। माल-हस्तन तंत्र — क्रेन, डेरिक, किंग पोस्ट व उनके आधार — संकेंद्रित भार डालते हैं जो डेक के नीचे स्थानीय प्रबलन से नीचे पहुँचाए जाते हैं।

तरंगित समुद्र में जहाज़ पर भार हैं भार व उत्प्लावकता के वितरणों से स्थैतिक शांत-जल भार; तरंग-प्रेरित ऊर्ध्वाधर व क्षैतिज बंकन, अपरूपण व मरोड़; गतिक भार — स्लैमिंग, व्हिपिंग व स्प्रिंगिंग; समुद्र, माल व गिट्टी तथा हरित जल के स्थानीय दाब; और तापीय, जलावतरण व डॉकिंग भार। अनुदैर्ध्य सामर्थ्य हेतु जहाज़ मुक्त–मुक्त धरन है: प्रति इकाई लंबाई भार q(x) = b(x) − w(x) (उत्प्लावकता ऋण भार) समाकलित होकर अपरूपण बल F(x) = ∫q dx देता है, और वह बंकन आघूर्ण M(x) = ∫F dx, दोनों सिरों पर शून्य। बंकन आघूर्ण मध्य भाग के पास अधिकतम है, अपरूपण बल चौथाई-लंबाइयों के पास। मध्य में तरंग शिखर व सिरों पर गर्त होने पर जहाज़ हॉग करता है — डेक तनाव में और तल संपीडन में; मध्य में गर्त होने पर वह सैग करता है, और डेक संपीडन में होता है। 100 m लंबा बक्सा-बजरा, जिसके पोतकाय का भार एकसमान उत्प्लावकता से संतुलित है, मध्य में 1000 t वहन करते हुए 10 t/m की अतिरिक्त एकसमान उत्प्लावकता और सैगिंग आघूर्ण P L/8 = 9810 kN × 100/8 = 122.6 MN·m रखता है।

पोतकाय धरन का बंकन प्रतिबल धरन सूत्र σ = M y/I = M/Z है, I उदासीन अक्ष के परितः सभी अनुदैर्ध्य रूप से सतत पदार्थ का द्वितीय आघूर्ण और Z = I/y डेक या तल पर काट मापांक। M = 1.2 × 10⁹ N·m, I = 400 m⁴ और उदासीन अक्ष से 10 m ऊपर डेक होने पर डेक प्रतिबल 1.2 × 10⁹ × 10/400 = 30 MPa है, और 8 m नीचे तल पर 24 MPa। अनुप्रस्थ सामर्थ्य रैकिंग व फ़्रेम-वलयों पर जल दाब का प्रतिरोध करता है; मरोड़ कंटेनर जहाज़ जैसे खुले जहाज़ों में महत्त्वपूर्ण है, जिनके चौड़े हैच कम बंद कोष्ठ छोड़ते हैं, अतः ऐंठन (warping) प्रतिबल हैच-कोनों पर संकेंद्रित होते हैं और कोमिंग के नीचे मरोड़-बक्सा बनाया जाता है। दृढ़ीकृत-पट्ट विश्लेषण दृढ़कों के बीच की पट्टिका लेता है: समतलीय संपीडन में किनारों पर सरल आलंबित लंबी पट्टिका σ_cr = kπ²E/[12(1 − ν²)](t/b)², k = 4, पर बंकित (buckle) होती है — 800 mm दूर दृढ़कों के बीच 10 mm पट्टिका 113 MPa पर प्रत्यास्थ रूप से बंकित होती है — और पराभव के लगभग आधे से अधिक मान को जॉनसन–ऑस्टेनफ़ेल्ड संशोधन σ_y(1 − σ_y/4σ_E) से घटाया जाता है। स्थानीय सामर्थ्य पार्श्व दाब में पैनलों, दृढ़कों व गर्डरों को लेता है, और पोतकाय धरन का चरम सामर्थ्य वह बंकन आघूर्ण है जिस पर संपीडित फ़्लैंज का प्रगामी बंकन व पराभव काट को ध्वस्त कर देता है।

विश्वसनीयता विश्लेषण क्षमता R व भार-प्रभाव S को यादृच्छिक चर तथा सीमांत g = R − S को सीमा अवस्था मानता है; विश्वसनीयता सूचकांक β = μ_g/σ_g (सीमांत का माध्य बटा मानक विचलन) सुरक्षा मापता है, और विफलता की प्रायिकता Φ(−β) है — 50 MPa माध्य व 20 MPa मानक विचलन वाले सीमांत का β = 2.5। पोतकाय धरन का उसके द्वि-नोड ऊर्ध्वाधर व उच्च रूपों में, तथा स्थानीय पैनलों का संरचनात्मक कंपन नोदक द्वारा पंखुड़ी आवृत्ति (पंखुड़ियाँ × परिक्रमा/s) पर और मुख्य इंजन द्वारा उत्तेजित होता है; स्प्रिंगिंग तरंगों से उत्तेजित अनुनादी कंपन है, और व्हिपिंग स्लैम के बाद का क्षणिक कंपन। श्रांति जहाज़ के जीवन के लाखों तरंग-भार चक्रों में संचित होती है और प्रतिबल-संकेंद्रणों — हैच कोने, ब्रैकेट सिरे, अनुदैर्ध्य अवयवों के वेब से संयोजन — पर आरंभ होती है, और भिन्न प्रतिबल-परासों पर खंडों की क्षति माइनर नियम D = Σnᵢ/Nᵢ से जोड़ी जाती है, D = 1 पर विफलता अनुमानित। विभंजन: दरार तब तक बढ़ती है जब तक प्रतिबल तीव्रता K = Yσ√(πa) कठोरता तक न पहुँचे; निम्न ताप पर भंगुर विभंजन ने 1940 के दशक के वेल्डित जहाज़ों को दो टुकड़ों में तोड़ा, इसीलिए शियर स्ट्रेक, बिल्ज व डेक पर कठोर ग्रेड D व E तथा दरार-रोधी स्ट्रेक निर्दिष्ट किए जाते हैं।

समुद्री जल के भौतिक गुण। उसकी लवणता औसतन प्रति किलोग्राम लगभग 35 ग्राम लवण है; उसका घनत्व, लगभग 1020–1030 kg/m³, लवणता व दाब के साथ बढ़ता और ताप के साथ घटता है; वह लगभग −1.9 °C पर जमता है; और उसमें ध्वनि लगभग 1500 m/s से चलती है। ताप-प्रवणता परत (थर्मोक्लाइन) उष्ण, मिश्रित पृष्ठीय परत को ठंडे गहरे जल से अलग करती है। ज्वार घूर्णी पृथ्वी पर चंद्रमा व सूर्य के गुरुत्वीय खिंचाव से उठी लंबी तरंगें हैं: अर्ध-दैनिक ज्वार दिन में दो उच्च व दो निम्न देते हैं (आवर्तकाल लगभग 12 h 25 min), दैनिक ज्वार एक, और मिश्रित ज्वार असमान युग्म; बड़े परास के वृहत् ज्वार अमावस्या व पूर्णिमा पर सूर्य व चंद्रमा के एक रेखा में होने पर आते हैं, लघु ज्वार चतुर्थांशों पर। ज्वार पत्तन में उपलब्ध गहराई, डॉकिंग का समय व ज्वारीय धाराएँ तय करते हैं। पवन-तरंगें पवन चाल, फ़ेच व अवधि के साथ तब तक बढ़ती हैं जब तक समुद्र पूर्ण विकसित न हो; जनन-क्षेत्र छोड़ने पर वे लंबे-शिखर महातरंग (swell) बन जाती हैं; तट के पास वे उथली होती, अपवर्तित होतीं व टूटती हैं। तरंगें हर समुद्री संरचना के अभिकल्प भार तय करती हैं, जिन्हें दीर्घ प्रत्यावर्तन-काल के चरम समुद्र के रूप में लिया जाता है।

अपतटीय संरचनाएँ। स्थिर प्लेटफ़ॉर्म: इस्पात जैकेट, समुद्र-तल में खूँटों से गाड़ा वेल्डित नलिकाकार अंतरिक्ष-ढाँचा जो तरंगों के ऊपर शीर्ष-भाग वहन करता है, और कंक्रीट गुरुत्व प्लेटफ़ॉर्म, जो अपने ही भार से स्थिर रहता है और प्रायः अपने आधार-कैसनों में तेल भंडारित करता है। तैरते प्लेटफ़ॉर्म: अर्ध-निमज्जनीय, जलमग्न पोंटूनों पर खड़े स्तंभों पर डेक, जिसका छोटा जलतल लंबे प्राकृतिक आवर्तकाल व छोटी गतियाँ देता है; जैक-अप, एक चल बजरा जो अपनी टाँगें समुद्र-तल तक उतारकर अपने पोतकाय को तरंगों से ऊपर उठाता है, उथले जल में प्रयुक्त; तनाव-टाँग प्लेटफ़ॉर्म (TLP), जिसकी अतिरिक्त उत्प्लावकता तनाव में ऊर्ध्वाधर टेंडनों से नीचे बँधी रहती है, जिससे हीव, रोल व पिच लगभग समाप्त हो जाते हैं जबकि सर्ज, स्वे व यॉ अनुवर्ती रहते हैं; और FPSO (तैरता उत्पादन, भंडारण व उतराई), जहाज़-आकार पोतकाय, प्रायः टरेट-नौबंधित ताकि वह मौसम की ओर घूम जाए, जो शटल टैंकरों हेतु तेल संसाधित व भंडारित करता है। नौबंधन तैरती इकाई को कैटेनरी शृंखलाओं या तारों से, जिनका पुनःस्थापक बल समुद्र-तल से उनका भार उठाने से आता है, या तनी कृत्रिम-रस्सी टाँगों से, जिनका पुनःस्थापक बल प्रत्यास्थ है, फैले या एकल-बिंदु प्रतिरूप में थामता है; गतिक स्थिति-निर्धारण उपग्रह, ध्वनिक व तनी-तार स्थिति संदर्भों से पोषित कंप्यूटर-नियंत्रित प्रणोदकों से स्थान बनाए रखता है, बढ़ती अतिरेकता के वर्गों में।

ऐसी संरचना के पतले अवयव पर तरंग की दिशा में बल मॉरिसन समीकरण से मिलता है, प्रति इकाई लंबाई f = ½ρC_D D u|u| + ρC_M(πD²/4) u̇। समुद्री जल में 2 m व्यास की टाँग, जिस क्षण u = 1.5 m/s व u̇ = 0.8 m/s² हो, C_D = 0.7 व C_M = 2.0 सहित, ½ × 1025 × 0.7 × 2 × 2.25 = 1614 N/m कर्षण बल व 1025 × 2.0 × π × 0.8 = 5152 N/m जड़त्व बल, कुल 6767 N/m, वहन करती है। छोटी तरंगों में बड़े अवयवों पर जड़त्व प्रभावी है, बड़ी तरंगों में पतले अवयवों पर कर्षण; तरंगदैर्घ्य के लगभग पाँचवें भाग से चौड़े अवयव तरंगों को विवर्तित करते हैं और उनके स्थान पर विवर्तन सिद्धांत चाहते हैं।