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제안 방법
- 다양한 외력 환경 중 발생하는 세장형 구조물의 탄성응답 분석을 위해 모형의 고유 주파수를 이론 계산 값과 가진 실험을 통하여 얻은 데이터 값을 비교하였다. 실험에 사용된 세장체 모형의 1st mode 고유주파수는 식 (1)과 같다.
- P), 테플론(Teflon) 세 가지 재질로 모형 제작하여 강제동요, 규칙파, 균일류와 같은 다양한 외력환경 중 세장체의 흐름방향 및 횡방향 탄성응답을 분석하였다. 또한, 모형의 고유 주파수와 와류방출 주파수(Vortex shedding frequency)의 관계가 탄성응답에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 외력환경과 모형의 재질에 따라서 탄성응답의 크기가 다양하게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 목표 해역의 해상상태에 적합한 재질을 이용하여 해양 구조물을 설계한다면 안정성 측면에서 많은 도움이 될 것으로 생각된다.
- 모형의 각 지점에서의 변위데이터로 3차원 운동경향을 파악하고, 흐름방향(X방향)과 횡방향(Y방향)에 대한 탄성응답을 분석하였다. Fig.
- 04m 간격으로 반사테이프가 부착되었고, 얇은 비닐재질로 구성된 반사테이프를 이용함으로써 모형의 탄성 특성에 미치는 영향을 최대한 줄이고자 하였다. 반사체가 부착된 각 지점에 대한 변위를 계측하여 탄성응답을 분석하였다.
- 본 논문에서는 다양한 외력환경 중 강성이 서로 다른 재질로 제작된 세장형 모형의 탄성응답을 비교⋅분석하였다.
- , 2004). 본 연구에서는 탄성 계수가 서로 다른 아크릴(Acryl), 폴리프로필렌(Polypropylene, P.P), 테플론(Teflon) 세 가지 재질로 모형 제작하여 강제동요, 규칙파, 균일류와 같은 다양한 외력환경 중 세장체의 흐름방향 및 횡방향 탄성응답을 분석하였다. 또한, 모형의 고유 주파수와 와류방출 주파수(Vortex shedding frequency)의 관계가 탄성응답에 미치는 영향을 분석하였다.
- 본 절에서는 실험환경의 한계 및 가장 유연한 재질의 응답특성을 중점적으로 보고자 테플론 모형을 이용하여 실험을 수행하였으며, 합성된 외력이 가해질 때 발생하는 모형의 흐름방향 및 횡방향 탄성응답을 분석하였다. 크게 3가지 경우에 대해 실험을 수행하였는데, 첫 번째는 강제동요와 규칙파가 합성된 경우, 두 번째는 규칙파와 균일류가 합성된 경우, 마지막 세 번째는 모든 외력이 합성된 조건이고, 그에 대한 외력조건은 Table 4와 같다.
- 본 절에서는 아크릴, 폴리프로필렌, 테플론 모형에 강제동요, 규칙파와 균일류가 가해지는 각 조건들에 대한 모형의 흐름방향 및 횡방향 탄성응답을 분석하였다.
- 7과 같이 강제동요장치에 고정시켜 놓은 상태에서 실험을 실시하였다. 실험은 강제동요, 규칙파, 균일류가 단일⋅합성된 외력조건에서 수행하였으며, 각각의 외력이 안정적으로 발생할 수 있는 조건하에서 실험을 실시하였다. 단일외력의 실험 환경은 Table 3과 같다.
대상 데이터
- 모형은 Fig. 6과 같이 두께 0.01m의 얇은 원반형 판과 세장체로 구성되고 서로 다른 탄성계수를 갖는 아크릴, 폴리프로필렌, 그리고 테플론 재질로 제작되었으며, 모형의 제원은 Table 2와 같다. 세장체에는 길이방향에 대해 0.
- 본 실험은 한국해양대학교 해양시스템연구실 내에 위치한 2차원 조파수조 (25m(L)×1m(B)×0.8m(D))에서 수행되었고, 조파기는 피스톤 형식으로 파 주기 0.5~3.0sec, 파고 0.03~0.3m까지 구현 가능하다.
- 세장체 모형의 탄성응답 분석을 위해 일본의 ‘Ditect’사에서 제작된 3차원 운동계측 장비를 사용하였다. 광학적계를 이용한 이 장비는 실험 대상에 부착된 반사 마커의 운동을 5대의 CCD(Charge-coupled device)카메라가 실시간으로 계측 가능하도록 설정되어 있다.
- 실험에 사용된 강제동요장치는 종방향(X 방향), 횡방향(Y 방향), 상하방향(Z 방향), Rolling방향(θ 방향)의 4축을 동시 또는 개별적으로 제어할 수 있는 장치이고, 실험은 모형을 강제동요 장치에 고정시켜 놓은 상태에서 수행하였다.
데이터처리
- Fig. 8에 보이는 것처럼 모형 상단 및 하단에 부착된 Point 1과 13의 X축 방향 변위차이를 이용하여 흐름방향 탄성 응답을 분석하였다. 횡방향 탄성응답도 같은 방법으로 Y축 방향의 변위를 이용하여 나타내었다.
- 5에서 볼 수 있듯이 각 카메라들과 연 결된 ‘MCU-24’장치는 카메라에서 계측된 정보를 종합하여 각 마커의 X, Y, Z축 변위 데이터를 PC로 전송한다. PC로 전송된 데이터에서 발생할 수 있는 반사 마커간의 오차와 교란현상의 보정을 위해 ‘DIPP-Motion’프로그램을 이용하였으며, 오차는 0.7mm 미만이다.
- 다음으로 균일류가 가해질 때 모형 제일 하단 지점인 Point 13의 횡방향 운동 데이터를 통해 얻은 Shedding frequency의 실험 값을 계산 값과 비교⋅검증하였다
- 흐름방향 및 횡방향 탄성응답 분석을 수행하기 위해 여러 실험조건에 대한 모형의 3차원 변위 데이터를 계측하여 비교⋅분석하였다.
이론/모형
- 유속 측정을 위해 Acoustic doppler velocimetry(ADV)를 사용하였고, 측정 가능한 유속 범위는 0.001~2.5m/s이며, 오차 범위는 ±1%이다.
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