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[국내논문] 조류 중 원형실린더 형상 구조물의 거동감소를 위한 실험적 연구
Experimental Study on Reducing Motion of Circular Cylinder in Currents 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.33 no.4, 2019년, pp.350 - 357  

임재환 (한국해양대학교 해양과학기술전문대학원) ,  조효제 (한국해양대학교 조선해양시스템공학전공) ,  황재혁 (한국해양대학교 조선해양시스템공학전공) ,  김재희 (한국해양대학교 조선해양시스템공학전공) ,  이태경 (한국해양대학교 조선해양시스템공학전공) ,  최윤우 (한국해양대학교 조선해양시스템공학전공) ,  이민준 (한국해양대학교 조선해양시스템공학전공) ,  김영규 (한국해양대학교 조선해양시스템공학전공)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The development of marine technology is expected to increase the demand for marine plants because of increasing oil prices. Therefore, there is also expected to be an increase in the demand for cylindrical structures such as URF (umbilical, riser, flowline) structures and spars, which are used opera...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 String이 조류환경 속에서 만들어내는 떨림이 유동장의 변화를 주는 메커니즘을 활용하여 VIM 저감을 위한 연구를 수행하였다. 이와 유사한 사전연구로 Silva-Ortega and Assi(2017)는 원형실린더 주변에 직경이 작은 8개의 회전이 가능한 실린더를 배치하여 유동장에 변화를 주는 연구가 진행되었으며, 원형실린더에 작용하는 항력과 양력을 측정하였다.
  • 본 논문에서는 모형 실험을 통한 원형 실린더 형상 구조물에 작용하는 VIM 응답의 저감에 관한 연구를 진행하였다. 모형 실험모델은 Bare, Strake, String, Radiation로 선정하였고, 동일한 실험 조건에서 VIM 응답의 Average amplitude, Response, Distributiontable을 활용하여 실험 결과를 나타내었고 최종적으로 아래와 같은 결론을 얻을 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
VIM으로 인해 원형 실린더 형상 구조물에 발생하는 방향 응답은? 발생한 와 흘림 현상은 원형실린더 형상 구조물에 주기적인 하중을 발생시키며, 구조물의 움직임과 상호작용에 의해 와 유기 운동(Vortex induced motion, VIM)을 유발하는 원인이 된다. VIM으로 인해 원형실린더 형상 구조물은 흐름에 평행한 방향 응답(In-line response)과 흐름에 직각인 방향 응답(Cross-flow response)이 발생하게 된다. 이러한 VIM 응답은 비선형적인 운동특성을 가지며, Vortex는 원형실린더 형상 구조물에 반복적인 하중을 유발하여 구조적 피로손상을 발생시킨다.
원형실린더 형상 구조물의 설계시 VIM 응답을 고려해야하는 이유는? VIM으로 인해 원형실린더 형상 구조물은 흐름에 평행한 방향 응답(In-line response)과 흐름에 직각인 방향 응답(Cross-flow response)이 발생하게 된다. 이러한 VIM 응답은 비선형적인 운동특성을 가지며, Vortex는 원형실린더 형상 구조물에 반복적인 하중을 유발하여 구조적 피로손상을 발생시킨다. 뿐만 아니라 원형실린더 형상 구조물의 와 흘림 진동수(Vortexshedding frequency, fs )와 고유진동수(Natural frequency, fn )의 비가 1에 가까워지면 VIM 응답이 점점 커지게 되고, 두 진동수의 비가 1이 되면 공진현상의 일종인 Lock-in현상이 발생한다. 이러한 이유로 VIM 응답은 원형실린더 형상 구조물의 설계 시 고려해야할 중요한 인자이다.
Lock-in현상이란 무엇인가? 이러한 VIM 응답은 비선형적인 운동특성을 가지며, Vortex는 원형실린더 형상 구조물에 반복적인 하중을 유발하여 구조적 피로손상을 발생시킨다. 뿐만 아니라 원형실린더 형상 구조물의 와 흘림 진동수(Vortexshedding frequency, fs )와 고유진동수(Natural frequency, fn )의 비가 1에 가까워지면 VIM 응답이 점점 커지게 되고, 두 진동수의 비가 1이 되면 공진현상의 일종인 Lock-in현상이 발생한다. 이러한 이유로 VIM 응답은 원형실린더 형상 구조물의 설계 시 고려해야할 중요한 인자이다.
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참고문헌 (12)

  1. 백동일, 조효제, 이민준, 임재환, 이태경, 김재희, 오태원. String을 이용한 원형실린더 주위의 수평력 감소에 관한 연구. 韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, vol.32, no.4, 237-243.

  2. Bearman, P.W.. Circular cylinder wakes and vortex-induced vibrations. Journal of fluids and structures, vol.27, no.5, 648-658.

  3. Blevins 2001 

  4. Gustafsson 2012 

  5. 정재환, 윤현식. 레이놀즈 수가 와류 감쇠 및 저항 저감형 나선형 해양 구조물 주위 유동에 미치는 영향. 韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, vol.29, no.1, 9-15.

  6. Kim, Shin-Woong, Lee, Seung-Jae, Park, Cheol-Young, Kang, Donghoon. An experimental study of a circular cylinder's two-degree-of-freedom motion induced by vortex. International journal of naval architecture and ocean engineering, vol.8, no.4, 330-343.

  7. Oh 2003 

  8. Park 2017 

  9. Silva-Ortega, M., Assi, G.R.S.. Flow-induced vibration of a circular cylinder surrounded by two, four and eight wake-control cylinders. Experimental thermal and fluid science : ETF science, vol.85, 354-362.

  10. Silva-Ortega, M., Assi, G.R.S.. Hydrodynamic loads on a circular cylinder surrounded by two, four and eight wake-control cylinders. Ocean engineering, vol.153, 345-352.

  11. Son 2010 

  12. Srinil, N., Zanganeh, H., Day, A.. Two-degree-of-freedom VIV of circular cylinder with variable natural frequency ratio: Experimental and numerical investigations. Ocean engineering, vol.73, 179-194.

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