[논문]오일러 매개변수를 이용한 해저연약지반 무한궤도 차량의 동적거동 해석

김형우; 홍섭; 최종수; 여태경

오일러 매개변수를 이용한 해저연약지반 무한궤도 차량의 동적거동 해석
Dynamic Analysis of Underwater Tracked Vehicle on Extremely Soft Soil by Using Euler Parameters 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.20 no.6 = no.73, 2006년, pp.93 - 100

김형우 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소) , 홍섭 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소) , 최종수 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소) , 여태경 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is concerned with the dynamic analysis of an underwater tracked vehicle, operating on extremely soft soil of the deep-seafloor. The vehicle is assumed as a rigid-body with 6-dof. The orientation of the vehicle is defined by four Euler parameters. To solve the motion equations of the vehicle, the Newmark numerical integrator is used in the incremental-iterative algorithm. The normalization constraint of Euler parameters is satisfied by using of a sequential updating method. The hydrodynamic force and moment are included in the tracked vehicle's dynamics. The hydrodynamic effects on the performance of tracked vehicles are investigated through numerical simulations.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 심해용 연약지반 주행차량의 해석기법에 있어서 걸림돌이 되고 있는 오일러 각의 특이점 문제를 해결하기 위해 오일러 매개변수를 연약지반 주행차량의 해석에 적용하는 기법을 다루고 있다. 아울러 심해저 주행차량의 동적 거동을 관찰하기 위해 유체저항력을 적용시켰다(Faltinsen, 1990).

가설 설정

본 논문에서는 추가질량행렬을 다음과 같이 대각 행렬로 가정하였다.
Qm/s인 경우에, 항력계수의 변화에 대한 주행차량의 직진 속도변화를 나타내고 있다. 이때, 조류는 작용하지 않는 것으로 가정하였다. 그림에서 보는 바와 같이 항력계수의 변화에도 불구하고 주행차량의 속도는 거의 변화하지 않았다.
(1992)의 연구결과를 바탕으로 무한궤도 차량의 3차원 과도기(Transient) 동력학 해석 방법을 개발하였다. 주행차량모델을 6자유도를 갖는 강체로 가정하였으며, 주행차량모델의 자세를 표현하기 위해서 오일러 각(Nikravesh, 1988)이 사용되었으며, 시적분을 위해 Newmark 书 수치적분법이 사용되었다. 차량과 연약지반사이의 상호관계를 나타내는 연약지반 역학 모델이 개발되었다.

제안 방법

(1) 오일러 매개변수를 사용한 연약지반 주행차량 해석 기법을 개발하였다.
(2002)은 Murakami et al.(1992)의 연구결과를 바탕으로 무한궤도 차량의 3차원 과도기(Transient) 동력학 해석 방법을 개발하였다. 주행차량모델을 6자유도를 갖는 강체로 가정하였으며, 주행차량모델의 자세를 표현하기 위해서 오일러 각(Nikravesh, 1988)이 사용되었으며, 시적분을 위해 Newmark 书 수치적분법이 사용되었다.
본 연구에서, (1) 연약지반 주행차량에 오일러 매개 변수를 적용하였으며, (2) 해저주행차량에 영향을 미치는 유체력을포함시켰으며, 수치해석을 통해서 다음과 같은 결론을 도출하였다.
오일러 매개변수를 사용한 해석 모델을 검증하고, 유 체력이 주행 차량의 성능에 미치는 영향을 분석하기 위하여 수치해석을 행하였다. 직진주행의 경우, 70초 동안 수치해석을 수행하였고, 궤도링크의 속도는 0.
차량의 거동에서 발생하는 회전각속도 및 회전각가속도 등을 오일러 매개변수를 이용하여 표현하였고, 지배방정식의 해법으로 미소증분 반복계산 알고리듬을 적용하여 반복계산 과정에서 오일러 매개변수의 구속조건을 연속적으로 교정하는 방법을 정립하였다. 오일러 매개변수를 이용한 연약지반 주행 차량의 시간영역 해석 프로그램을 Fortran-90을 이용하여 개발하였다.

대상 데이터

Table 4는 오일러 각을 사용한 경우와 오일러 매개변수를 사용한 경우의 해석시간이 나타나 있다. 해석에 사용된 컴퓨터는 AMD사의 Opteron 2.2GHz이다. 해석 시간은 같은 PC에서 약 2/3정도 감소함을 알 수 있었다.

데이터처리

(2003)은 Hong et al.(2002)에 의해 개발된 지반역학 모델을 다 물체 무한궤도 차량에 적용시켜 수치해석을 수행하였으며, 이를 강체모델의 수치해석 결과와 비교 . 검증 하였다.

이론/모형

정립하였다. 오일러 매개변수를 이용한 연약지반 주행 차량의 시간영역 해석 프로그램을 Fortran-90을 이용하여 개발하였다. 수치적분기로는 Newmark-。를 사용하였다

성능/효과

(2) 오일러 각을 사용하여 해석하는 경우에 비해 해석 시간이 약 2/3정도 감소하였다.
점차적으로 늘어나고 있다. 컴퓨터 시뮬레이션의 장점은 제반 설계변수의 변화에 따른 결과를 손쉽게 확인할 수 있고, 문제해결에 필요한 시간과 경비를 획기적으로 절감함과 더불어 설계 조건들을 광범위하게 검토할 수 있다는 점이다. 또한, 시뮬레이션을 통하여 설계 단계에서부터 제작과 운용을 함께 고려할 수 있는 점은 시뮬레이션을 기반으로 하는 설계기법의 확장의 주요 이유가 된다.

참고문헌 (23)

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