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In our study, a closed-type penetration unit for standard penetration test (SPT) equipment was developed in order to operate in an underwater environment. This type causes energy dissipation, mainly due to the small gap between an airtight case and moving hammer. The dissipation was estimated throug...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 SPT 해머를 감싸고 있는 밀폐케이스의 존재 유무에 따라 자유낙하하는 해머가 받는 힘(중력방향 힘)의 상대비교와 함께 소모되는 에너지량을 추출하는 것을 주 목적으로 하고 있다. 유체와 구조물의 상대거동 분석에 주로 활용되고 있는 CFD(Computational fluid dynamics) 해석을 통해 일반적인 육상 SPT 조건과 개발장비를 활용한 수중에서의 SPT 조건을 서로 비교하고 소모되는 에너지량를 예측하고자 한다.
  • N값을 육상과 동일하게 산정하기 위하여 해머가 자유낙하하여 얻어지는 결과와 수밀된 케이스와 재하해머 사이의 간격에 따른 에너지 전달에 미치는 영향을 파악하는 것이 중요한 요소 중의 하나이다. 본 연구에서는 이 영향을 CFD 해석을 통해 예측하고자 한다.
  • 본 연구에서는 SPT 해머를 감싸고 있는 밀폐케이스의 존재 유무에 따라 자유낙하하는 해머가 받는 힘(중력방향 힘)의 상대비교와 함께 소모되는 에너지량을 추출하는 것을 주 목적으로 하고 있다. 유체와 구조물의 상대거동 분석에 주로 활용되고 있는 CFD(Computational fluid dynamics) 해석을 통해 일반적인 육상 SPT 조건과 개발장비를 활용한 수중에서의 SPT 조건을 서로 비교하고 소모되는 에너지량를 예측하고자 한다.

가설 설정

  • 계산량 저감과 해석 편이성을 위해 실제 모델의 단순화가 필요하였다. Fig. 3과 같이 위쪽의 그리퍼(Gripper) 시스템을 삭제하여 단순화되었으며 이는 해석에 직접적으로 미치는 영향이 적다고 가정되었다. 해머와 밀폐 케이스와의 간격은 그림과 같이 40mm가 되며 낙하 시 아래 부분의 공기가 위 부분으로 유통하는데 저항이 적도록 설정된 값이다.
  • 본 비정상 해석은 해머의 이동거리 760mm 직전까지 해석이 진행되며 밀폐형의 경우 공기의 유출은 없다고 가정된다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전산유체역학이란 무엇인가? 전산유체역학(CFD)은 유체 현상을 수학적으로 모델링한 나비에-스토크스 방정식(Navier-stokes equation)을 유한차분법, 유한요소법, 유한 체적법 등의 방법들로 이산화하여 수치적으로 유체 유동문제를 풀고 해석하는 방법을 나타낸다(Anderson, 1995). 이산화를 앞서 먼저 다음의 형상 모델링이 요구된다.
기존의 SPT 장치의 문제점은? 기존의 SPT 장치는 육상 조건으로 개발 및 활용되고 있는 것으로 수중 조건에서는 물의 저항 등으로 인해 육상에서와 동일한 조건으로 시험하기 어려운 문제점이 있다. 본 연구에서 개발되는 SPT 장치는 수밀된 케이스 내에 재하 해머를 설치하는 방식으로 육상 조건과 동일한 시험 과정을 구현할 수 있다.
해양 구조물을 안전하게 건설하기 위해서 구조물을 지지하고 있는 해저지반의 특성을 정확하게 평가하는 것이 중요하게 된 배경은? 최근 들어 초장대 교량이나 인공섬, 해상풍력기초, 해양에너지 발전구조물, 그리고 해저터널 등 대수심에 대한 해양구조물의 수요가 점차적으로 증대되고 있다. 이렇듯 다양한 분야에서 시도되고 있는 해양 구조물을 안전하게 건설하기 위해서는 구조물을 지지하고 있는 해저지반의 특성을 정확하게 평가하는 것이 상당히 중요하다.
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참고문헌 (11)

  1. Anderson, J.D. 1995. Computational Fluid Dynamics: The Basics With Applications, McGraw-Hill Science. 

  2. ANSYS, inc., 2010a. ANSYS FLUENT User's guide. 

  3. ANSYS, inc., 2010b. ANSYS FLUENT UDF Manual. 

  4. Cho, S.M., 2007. Technical Trend of Offshore Geotechnical Site Investigations. 2007 Fall Korean Geotechnical Society Geotechnical Engineering Confernce,639-653 

  5. Freudenthal, T., and Wefer, G., 2006. "The Sea-floor Drill Ring "MeBo": Robotic Retrieval of Marine Sediment Cores, PAGES News, 14(1), 10. 

  6. Huang, Y-D, Gao, W., and Kim, C-N., 2010. A numerical study of the train-induced unsteady airflow in a subway tunnel with natural ventilation ducts using the dynamic layering method, Journal of hydrodynamics, Ser. B, 22(2), 164-172. 

  7. Jang, I.S, Kwon, O.S., Chung, C.K., 2007. Development of Unmanned Seabed type Marine Cone Penetration Testing System. 2007 Fall Korean Geotechnical Society Geotechnical Engineering Confernce, 611-622 

  8. Kim, W.T., Jang, I.S., Kwon, O.S., Lee, B., Hwang, I.C., 2011a. Development of unmanned underwater SPT(Standard Penetration Test) equipment. 2011 Fall Korean Geotechnical Society Geotechnical Engineering Confernce, 305-311. 

  9. Kim, W.T., Jang, I.S., Lee, B., Hwang, I.C., 2011b. Development of unmanned underwater site investigation equipment, Proceedings on 2011 Korean Association of Ocean Science and Technology Conference, 2013-2016. 

  10. Korea Highway Corporation., 2002. Normalizations of the Standard Penetration Test. 2002 KHC Research Report, 212. 

  11. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs(MLTM), 2007. Development of marine cone penetration testing system(VI). MLTM, 260. 

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