[논문]다물체 연성효과를 고려한 부유체의 동적거동 안전성 해석

김영복; 김무현; 김용욱

doi:10.3744/snak.2009.46.6.659

다물체 연성효과를 고려한 부유체의 동적거동 안전성 해석
Dynamic Analysis of Floating Bodies Considering Multi-body Interaction Effect 원문보기

大韓造船學會論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.46 no.6, 2009년, pp.659 - 666

김영복 (경남대학교) , 김무현 , 김용욱 (대학교KAIST)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, there are several problems in space, contiguity and facility of the existing harbors issued due to the trend of enlarging the container capacity of the large container vessel, the Mobile Harbor has been proposed conceptually as an effective solution for those problems. This concept is a kind of transfer loader of the containers from the large container ship, which is a floating barge with a catamaran type in the underwater part, and so prompt maneuverability and work effectiveness. For the safe mooring of two floating bodies, a container and the mobile harbor, in the near sea apart from the quay, a robot arm mooring facility specially devised would be designed and verified through comparison study under various environmental sea condition in the inner and outer harbor. DP system (Dynamic Positioning System) using the azimuth thruster and a pneumatic fender, etc, will be considered as a next research topic for the mooring security of multi-body floaters.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 5,000TEU 컨테이너선과 모바일하버가 해상에서 병렬계류했을 때 컨테이너 양하역 작업중에 야기될 수 있는 상호 다물체 연성 효과를 고려한 동적 거동 해석을 수행하였다. 본 연구에서 특수하게 고안된 계류장치, 즉 로봇 암을 이용한 계류장치와 기존의 동적 위치고정장치 및 휀더를 설계를 목적으로 한 계류라인을 연결하여, 작업시 조우할 수 있는 여러 해상환경조건을 고려하여 계류시스템에 작용하는 동적계류력을 계산하여, 안전성을 보장할 수 있는 정도를 계산하였다.
본 논문에서는 두 부유체가 해상에서 계류했을 때 컨테이너 양하역 작업중에 야기될 수 있는 상호 다물체 연성효과를 고려한 동적 거동 해석을 수행하였으며, 특수하게 고안된 계류장치, 즉 로봇 암을 이용한 계류장치와 휀더(fender)를 설계하고, 작업시 각각의 계류 시스템에 작용하는 동적계류력을 여러 해상조건에 따라 계산하여, 안전성을 보장할 수 있는 정도를 계산하였다. 이를 바탕으로 컨테이너선의 해상 계류시 모바일하버가 병렬 (side-by-side) 계류방식으로 계류할 수 있는 조건과 계류장치를 설계하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 본다.
고려한 동적 거동 해석을 수행하였다. 본 연구에서 특수하게 고안된 계류장치, 즉 로봇 암을 이용한 계류장치와 기존의 동적 위치고정장치 및 휀더를 설계를 목적으로 한 계류라인을 연결하여, 작업시 조우할 수 있는 여러 해상환경조건을 고려하여 계류시스템에 작용하는 동적계류력을 계산하여, 안전성을 보장할 수 있는 정도를 계산하였다.
제안되었다. 이 개념은 부두에서 얼마간 떨어진 거리에 컨테이너선을 정박하고, 부두에서부터는 이보다 기동성이 우수한 모바일하버 (일종의 중간 운반선)가 접근하여 컨테이너의 양하역을 해상에서 실시하여, 기존의 부두에서의 하역공간 부족해소는 물룐 대형화되어 가는 컨테이너선의 접안시설 부족분을 해소하기 위해 개발되었다. 해상에서의 양하역을 위해서는 컨테이너선에 모바일하버의 접안을 위한 특수한 계류 장비와 컨테이너 양하역 작업시 안전을 보장하기 위한 운동 보완 장치가 필요하며, 특히 이를 고려한 두 부유체간의 동적거동 안전성 확보가 필요하다.

가설 설정

조류에 의한 항력(Drag force, Fc)은 컨테이너선의 정박 대상해역인 인천 앞 바다를 고려하였으며, 조류 속도는 최대 0.5m/s로 하고 해수면에서 해저 바닥까지 일정한 것으로 가정하였다.
컨테이너선이 일점계류(SPM, Sin이 e Point Mooring)하고 있다고 가정하여, 파도, 바람과 조류의 방향은 일치하는 것으로 보았다. 이들 조합된 환경외력의 방향을 두 개의 사파(quartering sea)와 선수파(head sea) 조건, 즉 135도, 180도, 225도에 대해 고려하였다.

제안 방법

계류해석은 WAMIT(Lee 2006)을 이용하여 무한수심 하에서 다물체 영향을 고려한 유체력을 파도의 방향과 두 부유체의 상대적인 위치를 고려하여 5°씩 차이가 날 때 마다, 또 주파수대역은 파도가 충분히 발생할 수 있는 영역을 0.15 rad/s(41.9 sec)로부터 1.2rad/s(=5.2sec)로 보고, 이 대역의 주파수를 100 등분하여 사용하였으며, 양 끝단 주파수 성분은 외삽법에 의해 서서히 0의 값으로 수렴하도록 유체력을 고려하였다. 이렇게 계산된유체력, 즉 부가수질량(added mass), 유체감쇠 (hydrodynamic damping), 표류력(drift force), 파 강제력(wave exciting force), 복원력과 모멘트 (restoring forces and moments) 등과 Al기에 의한 풍력, 항력저항계수(OCIMF 1994, Wichers, et.
모바일하버의 경우는 여러 선형의 컨테이너 적재량, 복원성능, 운동성능, 조종성능과 구조안전성 등 여러 가지 특징을 비교하여 선형을 결정하였다. 컨테이너선과 모바일하버의 개략도는 Fig.
모바일하버의 작업조건은 외항에 정박 중인 컨테이너선으로부터 컨테이너를 양하역 할 때의 환경 외력을 해상상태(sea state) 3으로 설정하였다. 이 조건은 다음 Table 2에 보인 것과 같다.
방향은 일치하는 것으로 보았다. 이들 조합된 환경외력의 방향을 두 개의 사파(quartering sea)와 선수파(head sea) 조건, 즉 135도, 180도, 225도에 대해 고려하였다. Fig.
컨테이너선과 모바일하버가 단독으로 정박 중일 때와 병렬계류하고 있어 다물체의 연성효과의 영향을 받을 경우 등 두 가지 경우에 대해 무한수심과 유한수심에서의 운동 RAO(Response Amplitude Operator) 계산을 수행하였다. 해당 해역의 해저까지의 수심은 25m인데, 여기서는 비교의 목적으로 무한수심의 결과와 비교하였다.
해당 해역의 해저까지의 수심은 25m인데, 여기서는 비교의 목적으로 무한수심의 결과와 비교하였다. Fig.

대상 데이터

Table 1은 설계초기단계에서의 자료이며, 관성반경은 간략식으로 Kxx =043, Kyy = Kzz = 0.2ALBP (Bhattacharyya 1978) 를 사용하였다.
본 연구에서 대상으로 하는 선박은 5, 000TEU 컨테이너선과 쌍동선 선형(catamaran type)의 모바일하버(부유식 컨테이너 운반선)로 하였다. 모바일하버의 경우는 여러 선형의 컨테이너 적재량, 복원성능, 운동성능, 조종성능과 구조안전성 등 여러 가지 특징을 비교하여 선형을 결정하였다.

이론/모형

바람에 의한 풍력(wind force)는 7.15 m/s를 순간 지속풍속(sustained wind speed)로 하여 API code(API RP 2T 1997)의 풍력 스펙트럼(wind spectrum)을 이용하여 시간역에서의 풍력(#)을계산하였다.
2005)에서 보면 장파(swell) 조건도 고려해야 하나, 이에 대한 고려는 추후 연구로 미론다. 본 연구에서는 파의 피크 주기 7.5 sec와 유의파고 1.25m 일때 파도의 스펙트럼으로 수정된 Pierson-Moskowitz 스펙트럼(spectrum)을 사용하였으며, 그 형상은 Fig. 3 과 같다.
운동 응답치 평가에는 다음의 식(Bhattacharyya 1978)을 이용하였다.
2sec)로 보고, 이 대역의 주파수를 100 등분하여 사용하였으며, 양 끝단 주파수 성분은 외삽법에 의해 서서히 0의 값으로 수렴하도록 유체력을 고려하였다. 이렇게 계산된유체력, 즉 부가수질량(added mass), 유체감쇠 (hydrodynamic damping), 표류력(drift force), 파 강제력(wave exciting force), 복원력과 모멘트 (restoring forces and moments) 등과 Al기에 의한 풍력, 항력저항계수(OCIMF 1994, Wichers, et. al. 1988)를 고려한 조력을 참고하고, 계류해석에는 WINPOST (Kim 2000, Kim and Kim 2004, Kim and Kim 2005) 을 이용하였다.

성능/효과

계산결과를 종합하여 볼 때, 컨테이너선과 모바일하버 모두 일점계류가 바람직하며, 부득이한 경우는 225°의 사파조건을 고수할 필요가 있다. 사 파의 조건을 피할 수 없다면 입사파의 방향을 컨테이너선 쪽으로 설정하여야만 상대적인 모바일하버의 운동과 계류력을 작게 할 수가 있다.
0 배까지 걸리는 것으로 나타나고 있다. 로봇 암에 걸리는 장력은 선수파의 경우에 비해 사파에서 17%정도 커지는 것으로 나타났다. Table 7-8에는 유한수심에서의 운동해석결과와 계류해석 결과를 나타내었다.

후속연구

수 있는 정도를 계산하였다. 이를 바탕으로 컨테이너선의 해상 계류시 모바일하버가 병렬 (side-by-side) 계류방식으로 계류할 수 있는 조건과 계류장치를 설계하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 본다.

참고문헌 (9)

IAPI RP 2T, 1997, Recommended Practice for Planning, Designing, and Consulting Tension Leg Platforms, 2nd Edition, American Petroleum Institute, N.W., Washington D.C.
Bhattacharyya, R., 1978, Dynamics of Marine Vehicles, Wiley & Sons, USA.
Kim, M.H., 2000, Winpost User's Manual, 3rd ed., Texas A&M University, College Station, USA.
Kim, Y.B. and Kim, M.H., 2004, "Hull/ Mooring/Riser Coupled Dynamic Analysis of a Turret-Moored FPSO Compared with OTRC Experiment," Journal of Ship and Ocean Technology, Vol. 8, No. 3, pp. 26-39.

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Kim, Y.B. and Kim, M.H., 2005, "Dynamic Analysis of Multiple-Body Floating Platforms Coupled with Mooring Lines and Risers," Journal of Ship and Ocean Technology, Vol. 9, No. 1, pp. 11-26.

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Kwak, H.U., Choi, H.S. and Shin, H.S., 2005, "A Motion Analysis of FPSO in Irregular Waves including Swells," Journal of Ship and Ocean Technology, Vol. 9, No. 2, pp. 21-28.

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Lee, C.H., 2006, WAMIT User's Manual, Ver. 6.4, WAMIT, Inc, MA, USA.
OCIMF, 1994, Prediction of Wind and Current Loads on VLCCs, 2nd Edition, Witherby & Co. Ltd, London, England.
Wicher, J.E.W, Voogt, H.J., Roelofs, H.W. & Driessen, P.C.M., 2001, DeepStar-CTR 4401-Benchmak, Technical Rep. No. 16417-1-OB, MARIN, Wageningen, The Netherlands.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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