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문제 정의
- 본 연구에서는 부유식 파력발전시스템의 계류시스템에 관하여 초기 설계를 수행한다. 부유식 파력발전장치용 계류시스템의 특징과 구성요소에 대하여 분석하여, 계류시스템의 구성요소를 설계한다.
- 그들은 유한차분법을 적용하여 계류라인에 대한 동적지배방정식을 풀이하였으며, 지배방정식은 강 한 비선형성을 나타내기 때문에 뉴톤-랍슨 방법을 적용하여 풀이하였다. 본 연구에서는 정 등이 개발한 계류라인 해석 프로그램을 활용하여 초기설계된 모델에 대하여 거동해석을 수행하였다. 정 등은 해저지반에 놓여 있는 계류선의 효과를 고려하지 않았다.
- 계류시스템은 크게 두 부분으로 구성되는데, 첫째는 앵커이며 둘째는 계류선이다. 본 절에서는 계류시스템의 구성 요소에 대하여 알아보며, 각 구성요소의 특징에 대하여 분석한다.
- 해저면과 부이 사이에서 매달리는 부분의 계류선은 중량과 축강성이 약간 작도록 설계하였는데, 계류선의 자중 및 거동이 부체의 거동에 영향을 최소화하기 위해서이다. 앞서 언급한 바와 같이 부유식 파력발전시스템은 계류선의 거동이 발전 효율에 영향을 최소화할 수 있도록 설계하는 것이 매우 중요하므로, 부체와 연결된 계류선의 중량을 적절히 고려할 필요가 있다.
가설 설정
- 마지막으로 Fig. 4(c)의 극한상태에서는 체인의 거의 모든 부분이 해저면으로부터 들려올라가는 상태가 된다. 따라서, 매우 큰 장력이 발생할 것을 예상할 수 있으며, 거동해석을 통하여 구조적 안전성을 평가할 필요가 있다.
- 앵커는 해저면을 암반으로 가정하여, 콘크리트로 구성되는 중력식 앵커가 적용된다. 앵커는 수중 중량 300(kN)으로 가정하였다. 본 연구는 실증용 시스템에 관한 실험장치 설계에 한정되므로, 앵커 등의 형상과 같이 관하여 자세한 설계는 제시하지 않는다.
- 자중이 상대적으로 크고 계류선의 길이가 짧은 경우 다음과 같이 계류선의 특성치를 구할 수 있다. 여기서, 수평장력은 길이에 따라 일정하다고 가정한다.
- 이 때 계류선 상단에서 장력은 약 53(kN)을 보이고 있는 것을 알 수 있다. 이후 80초 동안은 부체가 파랑 표류력과 조류력에 의해 수평 이동한다고 가정하여, 계류선의 상단이 수평 이동하면서 장력은 증가된다. 이 과정에서 해저면 위에 놓여 있는 영역 1 부분의 계류선은 해저면으로부터 점점 들리게 된다.
- 수평 외력은 30(kN)인 조건에서 해석하므로, 영역 2부분의 길이는 105 m로 해석하였다. 일정 시간이 경과한 후 부체는 0.1(m/ s)로 수평이동하고, 100초가 경과된 후에는 정적 평형상태가 되면서 일정 주기와 진폭으로 계류끝단에서 가진되는 것으로 가정하였다.
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