[논문]비선형 파동계에서의 파고와 주기 결합 확률분포

박수호; 조용준

doi:10.9765/kscoe.2019.31.5.278

비선형 파동계에서의 파고와 주기 결합 확률분포
Joint Distribution of Wave Crest and its Associated Period in Nonlinear Random Waves 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.31 no.5, 2019년, pp.278 - 293

박수호 (서울시립대학교 토목공학과) , 조용준 (서울시립대학교 토목공학과)

초록
AI-Helper

파고와 주기 결합분포는 그 공학적 가치에도 불구하고, 주기에 대한 해석 모형의 부재로 인해 파고 분포에 비해 상대적으로 소홀히 다루어져, 현재 비선형성이 주기분포에 미치는 영향에 대해서도 서로 다른 의견이 상존한다. 이에 비해 파고 분포의 경우, 많은 노력이 이루어져 성과가 상당하나, 아직 이러한 성과는 파고와 주기 결합분포로 확대되지 못하였다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 먼저 파고와 주기의 결합분포를 조건부 주기 분포와 파고 분포의 곱으로 정의하였다. 이어 비선형 불규칙 파동계에서의 파고 분포, 임의의 대역폭을 지니는 비선형 불규칙 파랑계에서의 파고분포를 유도하고, 이를 Longuet-Higgins(1975, 1983), Cavanie et al.(1976)의 조건부 주기확률분포와 결합하여 새로운 파고와 주기 결합분포를 제시하였다. 검증과정은 Wallops 스펙트럼에 기초하여 수치 모의된 파랑시계열자료와 경사가 1:15인 단조해안에서 진행되는 불규칙 파랑 천수과정 수치모의를 통해 얻은 강비선형 파랑자료를 활용하여 수행되었으며, 모의 결과 finite banded waves를 대상으로 한 파고 분포와 Cavanie et al. (1976)의 조건부 주기 확률분포를 활용하는 경우 가장 근접한 결과를 얻을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The joint distribution of wave height and period has been maltreated despite of its great engineering value due to the absence of any analytical model for wave period, and as a result, no consensus has been reached about the effect of nonlinearity on these joint distribution. On the other hand, there was a great deal of efforts to study the effects of non-linearity on the wave height distribution over the last decades, and big strides has been made. However, these achievements has not been extended to the joint distribution of wave height and period. In this rationale, we first express the joint distribution of wave height and period as the product of the marginal distribution of wave heights with the conditional distribution of associated periods, and proceed to derive the joint distribution of wave heights and periods utilizing the models of Longuet-Higgins (1975, 1983), and Cavanie et al. (1976) for conditional distribution of wave periods, and height distribution derived in this study. The verification was carried out using numerically simulated data based on the Wallops spectrum, and the nonlinear wave data obtained via the numerical simulation of random waves approaching toward the uniform beach of 1:15 slope. It turns out that the joint distribution based on the height distribution for finite banded nonlinear waves, and Cavanie et al.'s model (1976) is most promising.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	파고 모형 중 empirical 모형이 선호되는 이유는 무엇인가?	이러한 현상은 일정 부분 주기에 대한 해석모형의 부재로 기존 연구의 대분이 경험적 접근에 기대고 있다는 사실에 기인하나, 주기가 지니는 공학적 가치를 고려하는 경우 그 해결이 시급하다. 전술한 파고 모형 중 empirical 모형은 그 간결한 구조적 형태로 적용이 용이하다는 점으로 인해 설계과정에서 가장 선호되어 왔다. Empirical 모형에서 불규칙 파랑은 Gaussian, Weibull, Rayleigh 분포를 추종하는 것으로 가정되며 모형계수는 계측자료로부터 산정된다(Forristall, 2000).
	empirical 모형의 한계는 무엇인가?	Empirical 모형에서 불규칙 파랑은 Gaussian, Weibull, Rayleigh 분포를 추종하는 것으로 가정되며 모형계수는 계측자료로부터 산정된다(Forristall, 2000). 이러한 절대적 호응에도 불구하고 Empirical model은 그 구조적 형태와 모형 계수가 불규칙 파랑에 내재한 물리과정과 연계하기가 쉽지 않다는 태생적 한계를 지닌다. 이에 비해 analytical model은 확률분포의 구조적 형태와 계수가 불규칙 파랑을 대상으로 한 해석해로부터 산출된다.
	해양구조물의 특징은?	해양구조물은 거친 해양환경에서도 견딜 수 있도록 설계되어야 하며, 피로파괴에 대해서도 충분한 내구성을 확보할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 해양구조물 설계과정에서 해양환경에 내재한 변동성과 이로 인한 파랑의 불규칙성이 고려되어야 한다.

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