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고차모드를 고려한 수중날개 와류기인 진동특성 연구
A Study on Vortex-Induced Vibration Characteristics of Hydrofoils considering High-order Modes 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.28 no.2, 2022년, pp.377 - 384  

최현규 (서울대학교 조선해양공학과) ,  홍석윤 (서울대학교 조선해양공학과) ,  송지훈 (전남대학교 조선해양공학과) ,  장원석 (서울대학교 조선해양공학과) ,  최원석 (미 해군 기계항공과)

초록
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선박, 잠수함이 추진하면 수중구조물 후류에 와류가 발생하고 이에 따른 와류기인 구조진동이 유발된다. 최근 선박, 잠수함의 고속화 및 대형화 추세에 따라 고차모드에서 유발되는 와류기인 진동 및 피로파괴에 대한 중요성이 강조되고 있다. 고속 유속환경의 와류는 저속 유속환경 대비 큰 진동을 유발하므로 이에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 수중날개 고차모드에서 유발되는 와류기인 진동을 예측하기 위한 하이브리드 유체구조연성 해석 방법론을 제시하였다. 고차모드를 고려한 하이브리드 유체구조연성 해석을 수행하여 와류기인 진동을 도출하고 실험결과와 비교함으로써 방법론을 검증하였다. 최종적으로 와류기인 진동으로부터 도출된 최대 von Mises 응력을 노르웨이 선급에서 제시한 S-N 선도에 적용함으로써 고차모드 유체구조연성 해석의 효용성을 확인하였다. 고차모드를 고려하여 와류기인 진동응답을 도출할 경우 유체구조연성에 의한 락인(Lock-in) 특성을 확인하였으며 고려하지 않은 경우 대비 진동응답과 최대 von Mises 응력에서 10배 이상의 차이를 보였다. 향후에는 외팔보 경계조건 및 형상에 대한 확장연구가 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Vortex-induced vibration (VIV) occurs owing to the vortex generated from the back side of the appendages of ships and submarines during operation. Recently, the importance of high-order modes (HOMs) vibration and fatigue failure has become increasingly emphasized by increasing the speed of ships and...

주제어

#와류기인 진동   #고차모드 진동   #유체구조연성   #S-N 선도   #수중날개  

참고문헌 (13)

  1. Ausoni, P.(2009), Turbulent Vortex Shedding from a Blunt Trailing Edge Hydrofoil, EPFL, PhD. Thesis, pp. 120. 

  2. Blevins, R. D.(2001), Flow-induced vibration, 2nd edition. Florida, USA: Krieger Publishing. 

  3. Chae, E. J., Akcabay, D. T., Lelong, A., Astolfi, J. A., and Young, Y. L.(2016), Numerical and Experimental Investigation of Natural Flow-Induced Vibrations of Flexible Hydrofoils, Physics of Fluids, 28(7), 075102. 

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  4. Di Domenico, N., Groth, C. and Wade, A.(2018), Fluid structure interaction analysis: vortex shedding induced vibrations, Procedia Structural Integrity, 8, pp.422-432. 

    상세보기

  5. DNV(2010), Fatigue Design of Offshore Steel Structures Recommended practice DNV-RP-C203. 

  6. Govardhan, R. and Williamson, C. H. K.(1997), Vortex-induced motions of a tethered sphere, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 69-71. pp. 375-385. 

  7. Jauvtis, N., Govardhan, R. and Williamson, C. H. K.(2001) Multple Modes of Vortex-induced Vibration of a sphere, Journal of Fluids and Structures, 15(3,4), pp. 555-563. 

  8. Jhingran, V. and Vandiver, J. K.(2007), Incorporating the higher harmonics in VIV fatigue predictions. In: International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, pp. 891-899. 

  9. Lee, A. H., Campbell, R. L., Craven, B. A., and Hambric, S. A.(2017), Fluid-Structure Interaction Simulation of Vortex-Induced Vibration of a Flexible Hydrofoil, ASME. Journal of Vibration and Acoustics, 139(4), 041001. 

  10. Theodorsen, T.(1979), General Theory of Aerodynamic Instability and the Mechanism of Flutter, Washington, DC, USA: National Advisory Committee for Aeronautics, Report 496. 

  11. Vandiver, J. K., Swithenbank, S. B., Jaiswal, V. and Jhingran, V.(2006), Fatigue Damage from High Mode Number Vortex-Induced Vibration, ASME, Offshore Mechanics and Arctic Engineering, pp. 9240. 

  12. Young, Y. L., Chae, E. J. and Akcabay, D. T.(2012), Hybrid algorithm for modeling of fluid-structure interaction in incompressible, viscous flows, Acta Mechanica Sinica, 28(4), pp. 1030-1041. 

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  13. Zobeiri, A.(2012), Effect of Hydrofoil Trailing Edge Geometry on the Wake Dynamics, EPFL, PhD. Thesis, p. 56, p. 82. 

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