초록 ▼

□ 연구 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구에서는 새로운 유지관리 패러다임으로서 디지털트윈을 통해 그 구조물과 기온, 조류 및 조위, 파랑 등 복합적인 해양환경이 구조에 미치는 장기적 영향까지 정도 높게 모사함으로써 1) 해양구조물의 실시간 상태 진단, 2) 파손 및 수명에 대한 확률적 예측 을 위한 기법을 개발하여 보다 선제적이고 효율적인 해양구조물의 유지관리 기술을 확보하고자 함.

○ 전체 내용
1. 급격한 기후변화 시기, 해양구조물 안전운영을 위해 구조물과 기온, 조류 및 조위, 해양부착생물, 파

□ 연구 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구에서는 새로운 유지관리 패러다임으로서 디지털트윈을 통해 그 구조물과 기온, 조류 및 조위, 파랑 등 복합적인 해양환경이 구조에 미치는 장기적 영향까지 정도 높게 모사함으로써 1) 해양구조물의 실시간 상태 진단, 2) 파손 및 수명에 대한 확률적 예측 을 위한 기법을 개발하여 보다 선제적이고 효율적인 해양구조물의 유지관리 기술을 확보하고자 함.

○ 전체 내용
1. 급격한 기후변화 시기, 해양구조물 안전운영을 위해 구조물과 기온, 조류 및 조위, 해양부착생물, 파랑 등 복합적인 해양환경이 구조 동특성에 미치는 장기적 영향까지 모사한 디지털트윈 개발
2. 디지털트윈을 통한 실시간 상태 진단, 파손 유형 및 수명 예측용 심층 인공신경망을 개발하여 다양한 신재생에너지용 해양구조물에 대한 적용성을 확장

○ 1단계
● 연구 목표
종합적인 디지털트윈 개발을 목표로, 실계측 구조거동데이터 및 해양환경 데이터, 실제 구조물 방문조사로 획득한 정보 및 상세설계자료 및 구조물 모사 시뮬레이션 모델기반 데이터베이스 등 모든 정보를 망라하여 수집, 이를 토대로 인공지능모델 개발하고자 함

● 연구 내용
1. 연차별 연구내용
1차년도: 고정도 해양구조물 시뮬레이션 초기모델 확보 및 구조물 고유주파수 시계열변화 도출
2년차도: 고유주파수의 장기 시계열 추세 예측 인공신경망 개발 및 고정도 해양구조물 기준모델 확보
3차년도: 고유주파수 변동에 관여하는 해양환경요소들의 반영을 위한 정량적 변동성 분석 및 동특성 시뮬레이션 완성모델 개발

2. 주제별 연구내용
가. 정밀 해양구조물 시뮬레이션 모델 확보
1) 가거초 해양과학기지 구조물에 대한 연구, 특히 구조 동특성의 불확실성과 콘크리트 물성에 대한 관찰 및 탐색
2) 현장 방문을 통한 실제 구조물과 기존 연구 모델 간 차이 확인, 디지털트윈 개발을 위한 필요성 인식
3) 제주 용수리 파력발전 구조물에 대한 분석 및 디지털트윈 모델링
나. 실계측 데이터 확보 및 데이터 정리
1) 가거초 구조물의 다년간 구조응답 계측데이터 및 환경 데이터 수집
2) 모드해석, 데이터 클리닝을 통한 데이터 정제 및 이상 데이터 제거
다. 데이터 통계적 분석
1) 고유주파수 데이터의 통계적 분석, 환경 데이터와의 상관관계 분석
2) 스펙트럼 분석을 통한 해양환경 영향의 정량적 분석
라. 인공지능 개발
1) 다양한 예측 모델 비교 검토.
2) 고유주파수 데이터의 평활화 및 최적화 모델 개발.

○ 2단계
● 연구 목표
디지털트윈 기반 유지관리 및 손상추정용 인공지능 개발

● 연구 내용
1. 연차별 연구내용
4차년도: 부재별 다점 손상추정과 허용응력 기준 안전성 진단용 디지털트윈 개발
가. 임의부재 다점손상에 대한 해양환경조건에 따른 동특성 DB 구축
나. 임의부재 다점손상에 대한 극한조건에서의 응력 안전성 DB 구축
다. 구조부재별 손상추정 및 허용응력 기준 안전진단 인공지능 기반 디지털트윈 개발
5차년도: 조인트별 다점 손상추정 및 피로수명 진단용 디지털트윈 개발과 부재별/조인트별 손상유형 구분을 위한 심층 인공지능 개발
가. 임의조인트 다점손상에 대한 해양환경에 따른 동특성/스펙트럼법 기반 피로수명 DB 구축
나. DB를 이용한 조인트별 손상추정 및 피로수명 진단용 인공지능 기반 디지털트윈개발
다. 부재별 및 조인트별 DB로부터 손상유형을 구분하기 위한 인공지능 학습

□ 연구성과
1. 1단계 연차별 정성적 성과
가. 1차년도
1) 질량재배치기법을 적용하여 고유주파수 일치하는 초기해석모델 수립
2) 변동적 해양환경 계측 데이터 확보 및 통계적 분석을 통한 변동성 파악
3) 해양구조물 거동 계측 데이터로부터 해양구조물의 고유주파수 도출
나. 2차년도
1) 고유주파수의 장기 시계열 추세식 산정
2) 비말대 침식 및 부착생물 두께의 높이에 따른 분포 규명
3) 고유주파수의 장기 시계열 추세 예측 인공신경망 및 고정도 유한요소 기준모델 개발
다. 3차년도
1) 구조물 고유주파수 시계열 변화로부터 고유주파수 변동성분 추출
2) 고정도 기준모델 상 변동성 해양환경의 파라미터 분석 및 영향도 정량적 평가
3) 장기 추세 및 변동성을 구현한 동특성 시뮬레이션 완성모델 개발

2. 1단계 정량적 성과
가. 과학기술/학술적 연구성과 (단위: 건)
1) 국내논문(비SCI) : 1
2) 국외논문(SCI) : 3
3) 학술대회발표(국내) : 7
나. 산학관련 (단위: 건)
1) 산학강좌 프로그램 개설(국내) : 1

3. 2단계 예상연구성과(과업내용)
가. 4차년도
1) 부재별 임의 다점 손상에 대한 해양환경조건에 따른 동특성 DB 구축
2) 부재별 임의 다점 손상에 대한 극한조건에서의 응력 안전성 DB 구축
3) DB 를 이용한 손상추정 및 허용응력 기준 안전성 진단용 인공지능 기반의 디지털 트윈 개발
나. 5차년도
1) 조인트 별 임의 다점 손상에 대한 해양환경조건에 따른 동특성 및 피로 수명 DB 구축
2) DB 를 이용한 조인트별 손상추정 및 피로수명 진단용 인공지능 기반의 디지털 트윈 개발
3) 부재손상/조인트손상의 유형구분을 위한 인공지능 학습

□ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과
1. 과학기술적 측면
가. 해양구조물 디지털트윈 개발
나. 해양구조물 실시간 구조 건전성 평가 AI 개발
2. 경제산업적 측면
가. 해양과학기지, 해상풍력 등 유지관리의 효율성 증대를 통한 OPEC 절감
3. 사회적 측면
가. 안전하고 효율적인 해양구조물 유지관리 기술제시를 통해 해양개발의 부가가치에 대한 인식 제고

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 6
• (1) 연구 목표 ... 6
• (2) 연구 배경 ... 6
• (3) 연구 필요성 ... 6
• (4) 연구 범위 ... 6
• 2. 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• (1) 정밀 해양구조물 시뮬레이션 모델 확보 ... 7
• (2) 실계측 데이터 확보 및 데이터 정리 ... 8
• (3) 데이터 통계적 분석 ... 8
• (4) 인공지능 개발 ... 8
• 3. 연구과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 9
• 1) 연구수행 결과 ... 9
• 2) 목표 달성 수준 ... 14
• 3) 목표 미달 시 원인 분석 ... 14
• 4) 중요 연구변경 사항 ... 14
• 4. 연구성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 15
• 5. 연구성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 다음 단계 연구계획 ... 15
• 1) 연구 목표 및 내용 ... 15
• 2) 연구 추진전략 ... 15
• 3) 연구 추진일정 및 기대성과 ... 16
• 4) 다음 단계 연구비 사용계획 ... 16
• 5) 연구 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 16
• 끝페이지 ... 31