초록 ▼

해양구조물의 설계 인자 중 파도가 가장 중요한 것으로 인식되고 있다. 설계에 쓰여지는 파고는 매우 높고 비선형성이 강한 파이다. 그런데 해양에서 발생하는 파는 불규칙파이다. 불규칙파에 많이 쓰이고 있는 선형이론은 비선형성이 강한 파의 해석에 적합하지 못하다. 또한 기존의 대부분 비선형파이론은 시간영역에서의 불규칙파의 해석에 어려움이 수반된다. 본 연구에서는 해밀톤 원리를 이용하여 비선형 불규칙파의 시간영역 해석에 쓰이는 지배방정식을 유도하였다. 이 방정식은 시간영역문제의 계산에 아주 효율적인 형태로 주어진다. 본 연구에

해양구조물의 설계 인자 중 파도가 가장 중요한 것으로 인식되고 있다. 설계에 쓰여지는 파고는 매우 높고 비선형성이 강한 파이다. 그런데 해양에서 발생하는 파는 불규칙파이다. 불규칙파에 많이 쓰이고 있는 선형이론은 비선형성이 강한 파의 해석에 적합하지 못하다. 또한 기존의 대부분 비선형파이론은 시간영역에서의 불규칙파의 해석에 어려움이 수반된다. 본 연구에서는 해밀톤 원리를 이용하여 비선형 불규칙파의 시간영역 해석에 쓰이는 지배방정식을 유도하였다. 이 방정식은 시간영역문제의 계산에 아주 효율적인 형태로 주어진다. 본 연구에서 얻어진 지배방정식과 계산 알고리즘의 확인을 위하여 대표적인 비선형파 문제인 고립파를 다루었다. 정상상태의 문제는 기존의 결과와 잘 일치를 하였다. 시간영역의 문제로 두개의 고립파의 충돌을 다루었으며 이때 일어나는 파고의 최대상승은 기존의 실험 결과와 매우 좋은 일치를 주고있다. 그리고 이 계산을 통하여 그간 알려지지 않았던 파고의 변화에 관한 새로운 사실을 밝혀내었다. 즉 두개의 파도가 충돌 시 최대 파고 상승을 나타낸 후 분리될 때 두개의 파고가 모두 감소하며 시간에 지남에 따라 서서히 회복되어 간다는 것이다. 또한 실험에서 목격되었던 상호간섭으로 파형의 변화와 위상차가 발생하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 수치조파수조 모델을 개발하였고 이를 이용하여 불규칙파를 수치계산하였다. 본 연구에서는 실제 해상에서 폭풍 중에서 한 지점에서 얻어진 파고의 시간자료를 초기조건으로 이용하여 일정 시간 진행 시킨 후 파형을 선형이론의 결과와 비교하였다. 그 결과 선형이론은 파도의 크기와 유체 입자의 속도를 과소평가할 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서 선형이론은 비선형 불규칙파의 해석에 적합하지 못하다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과는 해상에서 얻어진 파도의 시간 자료를 직접 설계에 이용하고자 할 때 이를 이용하여 설계에 필요한 정보를 제공할 수 있어서 이를 해양구조물 및 선박의 정밀한 설계기준으로 이용할 수 있을 것이다.

Abstract ▼

Among many design parameters of ocean structures the wave is considered as the most important one. In order to predicts wave load quantitatively under the sever weather conditions, one needs to use the nonlinear wave theory. In the real sea the waves are irregular. Either the linear theory nor

Among many design parameters of ocean structures the wave is considered as the most important one. In order to predicts wave load quantitatively under the sever weather conditions, one needs to use the nonlinear wave theory. In the real sea the waves are irregular. Either the linear theory nor the existing nonlinear theories are not adequate to deal with nonlinear time domain problems. In this reseach Hamilton's principle is used to obtain a set of nonlinear governing equations which are very effective in time domain calcilation. In order to check the accuracy of the equations and the computing algorithm, solitary waves, which are condidered as typical nonlinear water wave problems, are treated. The steady-state problem gives good aggreement with existing results. For a time domain problem head-on collision of solitary waves are examined. The maximum wave-runup agrees well with the expreimental results. Also a new phenomena is found that the wave amplitudes of both waves decrease after the collision and the amplitudes are recovered slowly. The phase shift and the change of wave profiles observed in the experiments are confirmed. In this research a numerical wave tank is developed and is used to simulate the nonlinear irregular waves. A storm data is used as an initial condition of the computation. These results are compared with linear ones. It is found that the result of linear theory may underpredict the wave height and the particle velocity. Therefore the lineary theory is not adequate to deal with nonlinear irregular waves. Current development may be used to obtain more information for a wave design parameter if one wants to design ocean structures based on measured wave data.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• 목차...10
• 5. 본문...12
• 5.1 서론...12
• 5.2 자유표면에 적용된 Hamilton 원리...17
• 5.3 2차원 자유표면 문제에 적용된 Hamilton원리...36
• 5.4 정상상태의 수치해법...37
• 5.5 시간영역에서의 수치 해법...45
• 5.6 고립파의 충돌...46
• 5.6.1 문제의 정식화...47
• 5.6.2 계산결과 및 고찰...49
• 5.7 수치조파수조 모델...55
• 5.8 선형 조파기 이론...59
• 5.9 불규칙 해양파의 수치계산...62
• 6. 인용문헌...105
• 7. 논문발표실적 또는 계획...107
• 8. 학위배출실적...108