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문제 정의
- 실험 기관마다 다른 motion platform과 압력 계측 시스템 및 해석 프로그램을 사용하기 때문에 실험 결과의 일관성 dmf을 위해 타 기관과의 비교 검증은 매우 중요하다. 본 연구에서는 새로 구축된 motion platform의 움직임을 계측하여 입력신호와 비교함으로써 정확도를 확인하였다. 그리고 비교 기관의 데이터를 이용하여 독자적으로 개발한 충격 압력 신호 후처리프로그램을 검증하였다.
제안 방법
- , 2012). 160K LNGC에 대한 서울대 실험 결과 (Park, 2014)를 기준으로 본 연구에서 개발한 충격압 후처리 프로그램의 신뢰도를 검증하였다. 충격압 후처리 프로그램은 압력 신호 시계열 데이터로부터 peak값과 rise time, decay time 등을 분석하고 peak 데이터를 이용하여 weibull fitting, 3시간 most probable maximum (MPM) 값을 계산하는 기능을 수행한다.
- Motion platform의 용량은 220,000m3 LNGC에 대한 1/40 축척비 실험이 가능하도록 설계되었다. Motion platform의 성능은 Table 1에 나타냈다.
- Actuator 구동을 위해서 Yaskawa사의 15kW급 서보 모터가 사용되었다. Motion platform이 정확히 구동하는지 평가하기 위해서 광학식 6자유도 운동 계측 장비(Krypton RODYM 6D)를 이용하여 platform의 움직임을 계측하였다. 각 방향별 최대 변위, 복합 변위, 조화 운동 그리고 불규칙 운동 조건에 대해 운동 입력값과 계측값을 비교하였다.
- Motion platform이 정확히 구동하는지 평가하기 위해서 광학식 6자유도 운동 계측 장비(Krypton RODYM 6D)를 이용하여 platform의 움직임을 계측하였다. 각 방향별 최대 변위, 복합 변위, 조화 운동 그리고 불규칙 운동 조건에 대해 운동 입력값과 계측값을 비교하였다.
- 2sec를 적용하였다. 구동 모터 진동 등의 노이즈 제거를 위해서 cut-off frequency 0.17 Hz의 high pass filter를 사용하였다 (LR,2009).
- 본 연구에서는 새로 구축된 motion platform의 움직임을 계측하여 입력신호와 비교함으로써 정확도를 확인하였다. 그리고 비교 기관의 데이터를 이용하여 독자적으로 개발한 충격 압력 신호 후처리프로그램을 검증하였다. 또한 160K LNGC 화물창에 대한 1/50 축척비 조건에서 기존 실험 결과와 비교 실험을 수행하였다.
- 그리고 비교 기관의 데이터를 이용하여 독자적으로 개발한 충격 압력 신호 후처리프로그램을 검증하였다. 또한 160K LNGC 화물창에 대한 1/50 축척비 조건에서 기존 실험 결과와 비교 실험을 수행하였다. 결론적으로, 부분 적재 조건을 포함하여 실험이 수행된 모든 적재조건에서 기존 실험 결과와 잘 일치함을 확인하였고, 일관성 있는 결과를 얻을 수 있음을 검증하였다.
- , 2012). 본 연구에서는 슬로싱 실험 설비 검증을 위해 motion platform 구동 정확성 평가,충격압 후처리 프로그램 신뢰성 검증 그리고 타 기관과의 비교실험을 수행하였다.
- 낮은 적재 높이 조건에서는 화물창 모형 측면에, 그리고 높은 적재 높이 조건에서는 상부에 센서를 집중 배치하였다. 비교 기관은 낮은 적재 및 높은 적재 조건에 각각 150개와 147개의 압력 센서를 배치하였고, 본 연구에서는 압력이 높게 나타난 위치를 선택하여 낮은 적재 및 높은 적재 조건에 각각 61개와 78개의 센서를 배치하였다. 센서는 클러스터 형태로 배치되었고, 황동 재질의 소켓을 사용하였다.
- 슬로싱 압력이 높게 나타난 조건에서 불규칙파의 wave random seeds를 바꿔가면서 총 4회 실험을 수행하였고, 최소, 최대, 1사분위, 3사분위 및 중앙값을 Fig. 14에 비교하였다. 마찬가지로 기준값과 유사한 수준으로 나타났다.
- 비교 기관에서 사용한 motion platform 운동 시계열을 그대로 사용하여 실험하였다. 실선 기준 5시간에 해당하는 실험을 수행하고 Weibull 분포함수를 이용하여 3시간 MPM 압력값을 도출하였다.
- 기존 실험에서 슬로싱 압력이 높게 나타난 조건을 선택하였다. 적재 높이는 탱크 높이 기준으로 10, 20, 30, 40, 70, 95% 조건을 고려하였다. 적재 높이 95%H 조건은 북대서양의 40년 재현주기 파도가 파향 150도 조건으로 입사되는 조건을 고려하였다.
대상 데이터
- 160K LNGC No.2 tank에 대한 서울대 슬로싱실험 (Park,2014)을 기준으로 비교 실험을 수행하였다. Fig.
- Motion platform의 성능은 Table 1에 나타냈다. Actuator 구동을 위해서 Yaskawa사의 15kW급 서보 모터가 사용되었다. Motion platform이 정확히 구동하는지 평가하기 위해서 광학식 6자유도 운동 계측 장비(Krypton RODYM 6D)를 이용하여 platform의 움직임을 계측하였다.
- 모형 화물창 제원은 Table 4와 같이 동일하다. 비교 기관은 투명 아크릴로 제작하였고, 본 연구에서는 강성과 수밀을 보강하기 위해서 알루미늄으로 제작하였다. 내부 유동 관찰을 위해서 한쪽 면과 일부 영역은 투명 아크릴을 적용하였다.
- 압력 센서로는 온도 영향이 작은 KISTLER사의 piezoelectric 타입 601 CBA 센서를 사용하였다. Piezo-electric type 센서는 반응 속도가 빨라 고주파수 계측이 필요한 충격 실험에 많이 사용되나, 온도 변화에 민감한 단점이 있다 (Kim et al.
- 적재 높이는 탱크 높이 기준으로 10, 20, 30, 40, 70, 95% 조건을 고려하였다. 적재 높이 95%H 조건은 북대서양의 40년 재현주기 파도가 파향 150도 조건으로 입사되는 조건을 고려하였다. 참고로, 파향의 정의는 0도가 선미파, 90도가 우현에서 다가오는 횡파를 의미한다.
이론/모형
- x는 충격압 peak를 의미하고, δ는 location parameter, β는 scale parameter, γ는 shape parameter를 의미한다. 각각의 parameter는 모멘트법을 이용하여 구한다. Table 3과 Fig.
- 5초 범위가 고려되었다. 비교 기관에서 사용한 motion platform 운동 시계열을 그대로 사용하여 실험하였다. 실선 기준 5시간에 해당하는 실험을 수행하고 Weibull 분포함수를 이용하여 3시간 MPM 압력값을 도출하였다.
- 충격압 peak값은 기준치를 넘는 값만 분석하는 peak over threshold 방법을 사용하여 분석하였다. 비교 기관과 동일하게 peak pressure threshold와 time window는 2.
성능/효과
- 6은 동일 압력 시계열 데이터에 대한 통계 처리 결과를 비교 기준값과 비교한 것이다. Weibull 계수와 3시간 MPM 압력값이 기준값과 잘 일치함을 알 수 있다.
- 또한 160K LNGC 화물창에 대한 1/50 축척비 조건에서 기존 실험 결과와 비교 실험을 수행하였다. 결론적으로, 부분 적재 조건을 포함하여 실험이 수행된 모든 적재조건에서 기존 실험 결과와 잘 일치함을 확인하였고, 일관성 있는 결과를 얻을 수 있음을 검증하였다.
- 불규칙 운동 시계열은 북대서양 조건에서 160K LNGC motion을 1/50로 축소한 것이다. 두 조건 모두 motion platform의 입력값과 계측값이 거의 일치하는 것을 확인하였다.
- 실험을 수행한 모든 적재 높이 조건에서 기준값과 본 연구의 실험 결과가 잘 일치함을 확인하였다. 실험 결과를 토대로 볼 때, 3시간 MPM 압력값에는 아크릴과 알루미늄 재질에 따른 영향이 크지 않은 것으로 판단된다. 추후 탱크 모형의 재질, 표면 거칠기에 따른 충격압의 영향에 대해 규칙 운동 또는 1회 충격만 발생하게 하는 single impact wave test 등을 통한 정밀 비교 분석이 필요하다고 사료된다.
- 압력값은 기준값 중 최대치로 무차원화되었다. 실험을 수행한 모든 적재 높이 조건에서 기준값과 본 연구의 실험 결과가 잘 일치함을 확인하였다. 실험 결과를 토대로 볼 때, 3시간 MPM 압력값에는 아크릴과 알루미늄 재질에 따른 영향이 크지 않은 것으로 판단된다.
후속연구
- 실험 결과를 토대로 볼 때, 3시간 MPM 압력값에는 아크릴과 알루미늄 재질에 따른 영향이 크지 않은 것으로 판단된다. 추후 탱크 모형의 재질, 표면 거칠기에 따른 충격압의 영향에 대해 규칙 운동 또는 1회 충격만 발생하게 하는 single impact wave test 등을 통한 정밀 비교 분석이 필요하다고 사료된다.
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