초록 ▼

I. 제 목
"심해 계류인장각 플랫폼의 모형시험기법 개발"
II. 연구개발의 목적 및 중요성
해양자원 개발기술의 발전은 수심의 증가로 대변될 수 있다. 계류인장각플랫폼(Tension Leg Platform)은 심해개발용 플랫폼의 하나로서 각광받아 오고 있다. TLP는 부유구조물과 계류시스템 및 라이저시스템간의 유체동역학 및 구조동역학적 상호작용에 의해서 부유체 운동과 구조물 탄성응답 및 유탄성 거동을 포함하는 복잡한 동적거동 특성을 보이고 있으며, 이에 관한 신뢰성있는 해석은 TLP 안전설계에 필수적 전제가 된

I. 제 목
"심해 계류인장각 플랫폼의 모형시험기법 개발"
II. 연구개발의 목적 및 중요성
해양자원 개발기술의 발전은 수심의 증가로 대변될 수 있다. 계류인장각플랫폼(Tension Leg Platform)은 심해개발용 플랫폼의 하나로서 각광받아 오고 있다. TLP는 부유구조물과 계류시스템 및 라이저시스템간의 유체동역학 및 구조동역학적 상호작용에 의해서 부유체 운동과 구조물 탄성응답 및 유탄성 거동을 포함하는 복잡한 동적거동 특성을 보이고 있으며, 이에 관한 신뢰성있는 해석은 TLP 안전설계에 필수적 전제가 된다.
본 연구과제는 한국기계연구원 선박해양공학연구센터가 보유하고 있는 해양공학수조의 중앙부에 위치하는 깊이 12.5m의 심수부를 활용한 TLP 운동모형시험기법의 개발을 목적으로 한다. 직경 5m, 전체 깊이 16m의 심수부는 심해저 자원개발을 위한 해양구조물의 성능시험에 매우 중요한 구성요소이다. 현재, 세계적으로 소수의 선진연구기관에서만 보유하고 있는 심해유전 개발용 구조물 모형시험 기법을 조기에 자립화함으로써 당 연구소의 해양공학수조 활용도를 증대하는 것을 목적으로 한다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
당해연도에서는 TLP 모형시험연구를 위한 해양공학수조 심수부 관련시설의 보완 및 설계, TLP모형의 설계제작과 계측장비 선정 및 계측시험시스템의 구성이 이루어졌다. 모형시험기법을 보완하기위한 이론연구로서 주상체에 작용하는 비선형 파랑하중 해석을 위한 수치파수조 개발이 수행되었다. 각 분야의 연구수행 범위는 다음과 같다.
(1) 심수부 관련시설 설계 제작
해양공학수조 심수부의 모형시험수행에 필요한 기능을 부여하기 위해서 인공지반구조물 본체와 지지부재의 진동계측시험을 통하여 구조강성 확보 및 수심조절 용이성에 착안한 설계 제작을 수행하였다.
(2) TLP 모형시스템 설계 제작
당 연구소 해양공학수조의 제원 및 주요설비의 성능과 TLP의 동적 응답의 특성을 분석함으로써 모형시스템을 선정하여 모형 플랫폼과 테더시스템을 설계제작하였다. 또한, 제작된 모형시스템의 실선과의 기하학적 및 동역학적 상사와 관련한 예비시험을 수행하였으며, 차기년도 TLP 모형시험 수행을 위한 제반 구조물 및 계측시스템을 준비하였다.
(3) 계측장비 선정 및 계측시스템 구성
TLP 모형시험의 자료조사를 통해 TLP와 관련된 고주파 공진현상(Springing/ Ringing), 파와 주기둥과의 상호간섭에 의한 TLP 거동특성등주된 관심사항에 대한 계측항목을 설정해서 계측장비를 구성하였다. 또한, 해양공학수조 제어룸의 GEDAP 프로그램과 P/C를 활용한 자료취득/해석의 이중시스템(Dual System)구축준비가 수행되었다.
(4) 주상체에 작용하는 비선형 파랑하중 해석
이상유체의 조건하에서 밑이 잘린 주상체(truncated cylinder)주변에서의 비선형 자유표면조건을 수치적으로 만족시키는 3차원 비선형 파랑하중 해석기법을 개발하였다.
IV. 연구개발의 결과 및 활용에 관한 건의
해양공학수조의 심수부를 활용하는 TLP 모형시험을 위해 당해연도에는 심수부 설비 설계보완 및 제작, 모형시스템 제작, 계측시스템구성, 주상체에 작용하는 비선형 파랑하중의 수치파수조 개발에 관한 연구가 진행되었으며, 다음과 같이 2차년도의 연구개발의 결과를 나타내었다.
심수부 설비보완을 위한 설계제작
심수부 기능 확보를 위한 회전테이블과 테더 선장력 기구장치 제작
TLP 모형시스템 설계제작
TLP 모형의 실선상사와 예비시험 수행
계측장비 및 계측시스템 구축방안 정립
3차원 비선형 산란문제에 대한 수치파수조 기법개발
심수부 관련시설 보완 및 설계를 통해 향후, 해양공학수조에서 수행예정인 심해용 해양구조물의 계류성능 및 안정성평가 시험연구를 위한 기반기술로서의 활용이 기대된다.
TLP 모형제작기법을 정립함으로서 각종 해양구조물모형의 설계제작지침으로 이용되어질 예정?? 개발하였고, 차후 전산프로그램의 효율성 향상을 바탕으로 모형시험시 TLP 컬럼주변의 해수면의 변화와 TLP 비선형거동간의 상호영향을 분석하는데에 사용되어질 예정이다.

Abstract ▼

I. Title
"Development of Model Test Technique on Tension Leg Platform in Ocean Engineering Basin"
II. The Object and Importance of the Project
The technology development for ocean resources can be represented by the increase of water depth. TLP, Tension Leg Platform, is one of the most f

I. Title
"Development of Model Test Technique on Tension Leg Platform in Ocean Engineering Basin"
II. The Object and Importance of the Project
The technology development for ocean resources can be represented by the increase of water depth. TLP, Tension Leg Platform, is one of the most feasible systems for deep sea development. TLP's show a complex dynamic behavior resulting from the dynamic interactions between platform, tether system and riser system due to their hydrodynamic and structural dynamic characteristics in waves, current and wind. A reliable analysis and evaluation technique is required for safety design of TLP's.
This project aims at development of model test technique utilizing the pit in Ocean Engineering Basin, which is newly constructed at Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering. The pit, whose depth and diameter are 12.5m and 5m, respectively, is a very significant facility part for performance evaluation of offshore structures for deep water resources.
Establishment of the model test technique on TLP's, which developed by only a few advanced research institutes world wide, and thereby enlargement of applicability of the new Ocean Engineering Basin are the purpose of this project.
III. Contents and Extents
In this year, the contents of research consist of the design improvement of pit facilities, manucfacture of TLP model, selection and manufacture of measuring devices, constitution of Data Acquisition/Analysis System and theoretical study on numerical wave tank for analysis of nonlinear wave loads on trucated circular cylinder. Their extents are as followings:
(1) Design improvement of pit facilities
Basic facilities for pit utilization are prepared for TLP model test in the next year: A framed structure as an artificial bottom inside of pit and its supporting structure at the wall is complemented and designed in order to provide an enough stiff artificial bottom.
(2) Design and manufacture of TLP model
ISSC TLP is selected as prototype of TLP model. The scale ratio 1/65 is decided by comparison of the size of pit and basin and the performance of wave generator. Dynamic similarity test is performed for the prepared TLP model.
(3) Preparation of Measuring sensors and Configuration of Data
Acquisition/Analysis System
Underwater tension load cells, optical motion measurement device and accelerometers are manufactured and prepared for measuring high frequency resonance(sprining/ringing) and TLP's behavior in waves. Data Acquisition and Analysis System is being configured on the basis using Neff 472 system and GEDAP software. PC based data acquisition system is considered as well.
IV. Results of the Project and Recommended Applications
The following items are listed as results of research on TLP model test system utilizing the pit in ocean engineering basin and as development works on the fundamental facilities for model test:
Design improvement of pit facilities
Design and manufacture of turn-table system having heading change function and tether clamping device.
Design and manufacture of TLP model i.e. platform and tether system.
Preliminary test on dynamic similarity of TLP model, the center of gravity and gyradii, was performed.
Manufacture of customized underwater load cell, preparation of motion measurement sensors and configuration of Data Acquisition/Analysis Sytem by using Neff 472 system and GEDAP software.
Developement of numerical wave tank for 3-D nonlinear diffraction problem on truncated circular cylinder.

목차 Contents

• 제 1장 서 론
  제 2장 국내외 기술개발 현황
  제 3장 연구개발수행 내용 및 결과
  3.1 심수부 설비 설계 및 제작
  3.1.1 심수부 설비 보완
  가. 인공지반구조물 본체의 진동계측
  나. 심수부 설비의 설계개선
  3.1.2 심수부 회전테이블 장치
  3.1.3 심수부 테더 선장력 기구장치
  3.2 모형시험 일반
  3.2.1 차원해석과 상사조건
  3.2.2 축척비 결정
  3.2.3 모형재질 선정
  3.2.4 모형제작
  3.3 TLP 모형시스템의 설계 제작
  3.3.1 대상모델 및 축척비 선정
  가. 대상모델 선정
  나. 축척비 결정
  3.3.2 TLP 플랫폼 모형 제작
  가. 컬럼과 폰톤
  나. TLP 모형선 상부구조
  다. 밸러스트 중량
  3.3.3 테더모형 설계/제작
  가. 테더 축강성
  나. 테더 중량 상사
  3.4 계측장비의 구성
  3.4.1 계측항목
  가. 파고계측장치
  나. 테더 장력계측장치
  다. 6자유도 운동계측장치
  라. 기타 계측장치
  3.5 자료취득/해석시스템의 구성
  3.5.1 GEDAP 프로그램을 이용한 시스템
  가. NEFF 472 시스템
  3.5.2 P/C를 이용한 시스템
  3.6 TLP 모형의 동역학상사 예
  3.6.1 무게중심 상사
  3.6.2 관성반경 상사
  3.6.3 테더 축강성 상사
  3.7 주상체에 작용하는 비선형 파랑하중 해석
  3.7.1 서론
  3.7.2 수학적 정식화
  가. 초기경계치문제
  나. 초기경계치문제의 해법
  다. 경계적분방정식
  3.7.3 수치방법
  가. 고차경계요소법
  나. 수치적분
  (1) 계산점이 요소 위에 있지 않은 경우(nonself influence)
  (2) 계산점이 요소 위에 있는 경우(self influence)
  다. GMRES 알고리즘