[논문]흘수가 폰툰형 초대형 구조물의 유탄성 응답에 미치는 영향 해석

홍사영; 최윤락; 홍석원

doi:10.3744/snak.2002.39.4.032

[국내논문] 흘수가 폰툰형 초대형 구조물의 유탄성 응답에 미치는 영향 해석
Draft Effects on Hydroelastic Analysis of Pontoon-type VLFS 원문보기

大韓造船學會論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.39 no.4, 2002년, pp.32 - 41

홍사영 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소) , 최윤락 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소) , 홍석원 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소)

초록
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본 논문에서는 고차경계요소법을 사용하여 폰툰형 초대형 구조물의 유탄성 응답을 해석하였다. 폰툰형 구조물의 설치가 예상되는 천수심 해역에서 유탄성 응답 해석에서 흘수의 영향을 고찰하였다. 초대형 구조물인 경우 실제 해상파의 파장 범위인 단파장 구간일 때 흘수의 영향을 무시한 해석은 구조물의 유탄성 응답과 상대파고를 과소평가 하는 것으로 나타나 폰툰형 구조물에서도 흘수 영향을 고려한 해석이 중요함을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Present study aims to investigate draft effects on hydro-elastic response of pontoon type VLFS(Very Large Floating Structure). A three dimensional higher-order boundary element method(HOBEM: Hong et al;1999, Choi, Hong and Choi; 2001) is extended to analyze elastic response of structures. Intensive numerical calculations were carried out for box type structure to investigate the draft effect on hydrodynamic forces on pontoon type VLFS. Main attention was paid to wave run-up along the waterline for various cases of draft scantling. It is found that the draft effects on the hydro-elastic response of pontoon type VLFS are important especially in short wave range and shallow water region.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 폰툰형 초대형 구조물의 동유체력 해석에 있어 홀수의 영향을 고려하여 영흘수근사법의 결과와의 차이를 살펴보았다. 동유체력해석을 위해 고차경계요소법을 사용함으로써 예리한 모서리를 갖는 천홀수 구조물의 형상효과를 수치적으로 엄밀히 고려하였다.
일반화된 부가질량, 감쇠계수, 파랑기진력, 유탄성응답과 상대파고를 계산하여 영흘수근사 계 산과 비교하였다. 특히 영홀수 근사 계산결과가 폰툰형 초대형 구조물의 관심 대상인 천수심, 단파장 구간에서 공학적으로 보수적인 설계치를 제공하는가를 검토하였다.
홀수영향의 검토는 두 가지 측면으로 수행되었다. 폰툰형 구조물의 유탄성응답 해석에 있어 많은 경우 실제 홀수가 무시되고 따라서 구조물 측벽과 선저가 이루는 모서리의 영향이 고려되고 있지 못한 데 이롤 고려하는 경우의 동유체력, 유탄 성응답, 상대파고가 그렇지 않은 경우와 비교하여 어떤 차이가 있으며 공학적으로 더 보수적인 예측치를 주는가를 살펴보는 것이고 또 하나는 실제로 홀수가 변화하면 유탄성응답 특성이 어떻게 변화하는가를 살펴보는 것이다.

가설 설정

5m), 무한수심 3가지를 고려하였다. 본계산에서는 영흘수근 사결과와의 차이를 살펴보기 위해 구조강성은 홀 수변화에 대해 변하지 않는 것으로 가정하였다. 구조물의 주제원은 다음과 같다.

제안 방법

탄성변형은 판방정식을 사용하여 해석하였으며 모드중첩법(mode superposition method)을 이용하여 해를 구하였다. 일반화된 부가질량, 감쇠계수, 파랑기진력, 유탄성응답과 상대파고를 계산하여 영흘수근사 계 산과 비교하였다. 특히 영홀수 근사 계산결과가 폰툰형 초대형 구조물의 관심 대상인 천수심, 단파장 구간에서 공학적으로 보수적인 설계치를 제공하는가를 검토하였다.
수심이 다른 경우의 수렴특성은 주파수보다는 파장에 더 관계가 있으므로 수심 8m와 무한수심 에 대한 동일 파장비에 대해 비교하였다. 천수심인 경우에는 해저면 바닥과의 상호작용으로 인해 무한수심에 비해 수렴도가 많이 떨어질 것으로 예상했으나 파장비 0.
고차경계요소법을 사용하여 폰툰형 구조물의 홀수 효과를 고려한 유탄성응답을 해석하였다. 수치 해석 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻었 다.

대상 데이터

계산 대상은 실험치 및 비교계산 자료가 풍부한 일본의 메가플로트 제1기 구조물로 택하였다. 해석시 홀수영향을 살펴보기 위해 설계홀수(0.

데이터처리

홀수 영향 고찰에 앞서 먼저 개발된 해석프로그 램의 검증을 위해 유탄성응답을 Yago and Endo(1996)의 실험치와 비교하였다.

이론/모형

동유체력해석을 위해 고차경계요소법을 사용함으로써 예리한 모서리를 갖는 천홀수 구조물의 형상효과를 수치적으로 엄밀히 고려하였다. 탄성변형은 판방정식을 사용하여 해석하였으며 모드중첩법(mode superposition method)을 이용하여 해를 구하였다. 일반화된 부가질량, 감쇠계수, 파랑기진력, 유탄성응답과 상대파고를 계산하여 영흘수근사 계 산과 비교하였다.
일반적인 형상의 물체에 대한 유탄성응답 해석을 위해 Newman( 1994) Oil 의한 강체운동 산란- 방사 문제의 일반화 방법을 적용한다. 전체 속도 포텐셜을 방사포텐셜"=과 diffraction 포텐셜 #의 합으로 표시되며 지배방정식으로 연속방 정식을 만족한다.

성능/효과

수심이 다른 경우의 수렴특성은 주파수보다는 파장에 더 관계가 있으므로 수심 8m와 무한수심 에 대한 동일 파장비에 대해 비교하였다. 천수심인 경우에는 해저면 바닥과의 상호작용으로 인해 무한수심에 비해 수렴도가 많이 떨어질 것으로 예상했으나 파장비 0.1 까지는 수심에 관계없이 파장당 4개의 8점 고차경계 요소로 거의 수렴된 값을 얻을 수 있었다.
1. 폰툰형 초대형 구조물은 구조적 관점에서는 박판으로 취급이 가능하나 천수심, 단파장 구간에 서는 동유체력 해석에 있어 홀수를 포함한 실제 형상을 고려한 해석이 필요하다. 영홀수 근사법을 사용하는 경우에는 홀수가 커지면 천수에서 동유체력 계수를 과소평가할 수 있으며 결과적으로는 단파장 구간에서 유탄성응답을 과소 평가하게 된다.
2. 상대파고와 같은 국부응답에 있어서도 홀 수의 영향을 무시하면 상대파고가 과소평가된다. 상대 파고 추정에 있어 방사파와 산란파의 영향이 무시되면 비현실적인 상대파고 예측치를 주게 된다.

후속연구

3. 본 논문에서는 홀수의 영향을 선형 동유체력 계수와 유탄성응답에 대해서만 고찰하였으나 파랑 표류력과 같은 비선형 유체력에 미치는 영향의 연구가 필요할 것으로 사료된다.

참고문헌 (13)

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심인환, 윤재돈, 최항순, 1998, “사파중에 놓인 거대 부유체의 응답에 대한 유탄성 해석”, 조선학회논문집 제36권 제3호, pp.66-74.
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신현경, 2001, “VLFS 국내외 기술개발 현황”, 2001 부산해역의 미래개발을 위한 심포지엄, pp.9-28.
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Hong, S.Y., Choi, Y.R., Kim, D.J. and Kim, M.H., 1999, "Responses of a Barge-Mounted Platform in Waves and Currents", Int. J. of Offshore and Polar Engineers, Vol.9, No.4.
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Kashiwagi, M., 1999, "Research on Hydroelastic Response of VLFS: Recent Progress and Future Work", Proc. 9th ISOPE, Vol. I, pp.17-26.
Newman, J.N., 1994, "Wave effects on deformable bodies", Applied Ocean Research, 16, pp.47-59.

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Yago, K. and Endo, H., 1996, "On the Hdroelastic Response of Box-Shaped Floating Structure with shallow Draft", J Soc Nav Archit Japan, Vol 180, pp.341-352
Yoon, J.D., Sim, I.H. and Choi, H.S., 1997, An Analysis of the Hydroelastic Behavior of Large Floating Structures, 16th OMAE, Vol. 6, pp.115-121.

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