최적 러그 배치를 위한 골리앗 크레인의 와이어 로프와 선체 블록간의 동적 접촉력 계산

구남국,노명일,차주환,Ku, Nam-Kug,Roh, Myung-Il,Cha, Ju-Hwan 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.5

In this study, dynamic load and dynamic contact force between a building block and wire ropes of a goliath crane are calculated during lifting or turn-over of a building block for the design of an optimal lug arrangement system. In addition, a multibody dynamics kernel for implementing the system were developed. In the multibody dynamics kernel, the equations of motion are constructed using recursive formulation. To evaluate the applicability of the developed kernels, the interferences and dynamic contact force between the building block and wire ropes were calculated and then the hull structural analysis for the block was performed using the calculation result. 본 연구에서는 선체 블록의 운반 작업 중 발생하는 동적 하중 및 골리앗 크레인의 와이어 로프(wire rope)와 선체 블록간의 동적 접촉력을 고려한 최적 러그 배치 시스템을 설계하고, 다물체계 동역학 커널과 외력 계산 커널을 개발하였다. 다물체계 동역학 커널은 recursive formulation을 이용하여 운동 방정식을 구성하였고, 외력 계산 커널은 비선형 유체 정역학적 힘, 선형 유체 동역학적 힘, 풍력, 계류력을 계산할 수 있다. 개발된 커널의 효용성을 검증하기 위해, 이를 이용하여 와이어 로프와 블록간의 간섭과 이때 작용하는 동적 접촉력을 계산하였고, 마지막으로 계산 결과를 반영하여 러그가 부착된 블록에 대한 구조 해석을 수행하였다.

상하동요 감쇠장치 적용을 통한 새로운 다물체동역학 프로그램의 적용성 검토

구남국,하솔,노명일,Ku, Nam-Kug,Ha, Sol,Roh, Myung-Il 한국전산구조공학회 2013 한국전산구조공학회논문집 Vol.26 No.4

In this paper, dynamic response analysis of a heave compensation system is performed for offshore drilling operations based on multibody dynamics. With this simulation, the efficiency of the heave compensation system can be virtually confirmed before it is applied to drilling operations. The heave compensation system installed on a semi-submersible platform consists of a passive and an active heave compensator. The passive and active heave compensator are composed of several bodies that are connected to each other with various types of joints. Therefore, to carry out the dynamic response analysis, the dynamics kernel was developed based on mutibody dynamics. To construct the equations of motion of the multibody system and to determine the unknown accelerations and constraint forces, the recursive Newton-Euler formulation was adapted. Functions of the developed dynamics kernel were verified by comparing them with other commercial dynamics kernels. The hydrostatic force with nonlinear effects, the linearized hydrodynamic force, and the pneumatic and hydraulic control forces were considered as the external forces that act on the platform of the semi-submersible rig and the heave compensation system. The dynamic simulation of the heave compensation system of the semi-submersible rig, which is available for drilling operations with a 3,600m water depth, was carried out. From the results of the simulation, the efficiency of the heave compensation system were evaluated before they were applied to the offshore drilling operations. Moreover, the calculated constraint forces could serve as reference data for the design of the mechanical system. 본 논문에서는 해상 시추작업을 위한 heave compensation system의 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 우선 시뮬레이션을 위하여, 다물체계 동역학 커널을 개발하였다. 다물체계 동역학 커널은 입력 받은 heave compensation system 시뮬레이션 모델의 운동학적 정보를 이용하여 recursive Newton-Euler formulation 방법을 기반으로 운동방정식을 자동으로 구성하고, 수치적으로 해를 계산하는 기능을 한다. 그리고 해상 시추선에 작용하는 외력을 계산하기 위하여 유체 정역학적 힘과 유체 동역학적 힘을 계산하는 모듈을 개발하였다. 이와 같이 개발한 커널과 모듈들을 적용하여 해상 시추선의 hoisting system 동적거동 해석을 수행하고, 관절에서의 구속력을 계산하였다.

적응 제어 기반 Portable 용접 로봇 시뮬레이터 개발

구남국(Nam-Kug Ku),하솔(Sol Ha),노명일(Myung-Il Roh) 대한조선학회 2012 大韓造船學會 論文集 Vol.49 No.5

부유식 해상 풍력 발전기의 Tower Top 및 Rotor Shaft에 작용하는 동적 하중 계산

구남국,노명일,이규열,Ku, Nam-Kug,Roh, Myung-Il,Lee, Kyu-Yeul 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.5

In this study, we calculate dynamic constrained force of tower top and blade root of a floating offshore wind turbine. The floating offshore wind turbine is multibody system which consists of a floating platform, a tower, a nacelle, and a hub and three blades. All of these parts are regarded as a rigid body with six degree-of-freedom(DOF). The platform and the tower are connected with fixed joint, and the tower, the nacelle, and the hub are successively connected with revolute joint. The hub and three blades are connected with fixed joint. The recursive formulation is adopted for constructing the equations of motion for the floating wind turbine. The non-linear hydrostatic force, the linear hydrodynamic force, the aerodynamic force, the mooring force, and gravitational forces are considered as external forces. The dynamic load at the tower top, rotor shaft, and blade root of the floating wind turbine are simulated in time domain by solving the equations of motion numerically. From the simulation results, the mutual effects of the dynamic response between the each part of the floating wind turbine are discussed and can be used as input data for the structural analysis of the floating offshore wind turbine. 본 연구에서는 부유식 해상 풍력 발전기의 로터 축과 타워 상단에 작용하는 동적 하중을 계산하였다. 부유식 해상 풍력 발전기는 부유식 플랫폼, 타워, 낫셀, 허브, 그리고 3개의 블레이드로 구성되어 있는 다물체계 시스템이다. 본 연구에서는 이들 모두를 각각 6 자유도를 갖는 강체로 가정하였다. 부유식 해상 풍력 발전기의 타워는 플랫폼에 고정되어 있고, 3개의 블레이드는 허브에 고정되어 있다. 낫셀은 타워의 상부에 회전 관절로 연결되어 있으며, 블레이드와 허브로 구성된 로터는 낫셀과 회전 관절로 연결되어 있다. 본 연구에서 부유식 풍력 발전기의 운동 방정식은 다물체계 동역학을 기반으로 한 운동방정식 구성 방법 중 하나인 recursive formulation을 이용하여 구성하였다. 외력으로는 부유식 플랫폼에 작용하는 비선형 유체 정역학 힘과 선형 유체 동역학적 힘 그리고 계류력을 고려하였고, 블레이드에 작용하는 풍력을 고려하였다. 이와 같이 구성한 운동 방정식을 해를 구하여 풍력 발전기를 구성하고 있는 각 요소들의 각 연결 부위에 작용하고 있는 구속력을 계산하였다. 그 결과, 동적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중은 정적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중보다 큰 것을 알 수 있으며, 따라서 부유식 풍력 발전기의 구조해석의 입력 값으로서 정적 하중보다 동적 하중을 고려하는 것이 더 엄격한 해석 기준이라고 할 수 있다.

해상 시추선의 Hoisting System 동적 거동 해석을 위한 다물체계 동역학 kernel 개발

구남국(Nam Kug Ku),하솔(Sol Ha),조아라(Ra Jo),노명일(Myung-Il Roh),이규열(Kyu Yeul Lee) (사)한국CDE학회 2012 한국 CAD/CAM 학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.2

본 논문에서는 선박 및 해양구조물의 설계 단계 필요로 하는 동역학 시뮬레이션을 위하여, 다물체계 동역학 kernel 을 개발하였다. 다물체계 동역학 kernel 은 전처리기(pre-processor)와 동역학 시뮬레이터(dynamic simulator)로 구성하였다. 그 중 전처리기는 물체의 형상정보, 속성정보, 전역 좌표계(global coordinate system)를 기준으로 한 국부 좌표계(local coordinate system), 그리고 단일 물체간의 연결 관계를 통해 시뮬레이션 모델의 운동학적(kinematic)정보를 입력 받는 기능을 한다. 그리고 동역학 시뮬레이터는 전처리기에서 입력 받은 시뮬레이션 모델의 운동학적 정보를 이용하여 recursive Newton-Euler formulation 방법을 기반으로 운동방정식을 자동으로 구성하고, 수치적으로 해를 계산하는 기능을 한다. 이를 토대로 개발한 다물체계 동역학 kernel 의 기능을 상용 다물체계 동역학 엔진과 비교하여 검증하였으며, 이를 적용하여 해상 시추선의 hoisting system 동적 거동 해석을 수행하고, 관절에서의 구속력을 계산하였다.

최적화 기법을 이용한 LNG FPSO 액화 공정 장비의 다층 배치

구남국(Nam-Kug Ku),이준채(Joon-Chae Lee),노명일(Myung-Il Roh),황지현(Ji-Hyun Hwang),이규열(Kyu-Yeul Lee) 대한조선학회 2012 大韓造船學會 論文集 Vol.49 No.1

해상 크레인을 이용한 해상 풍력 발전기의 다물체계 동역학 설치 해석

구남국,하솔,김기수,노명일,Ku, Nam-Kug,Ha, Sol,Kim, Ki-Su,Roh, Myung-Il 한국전산구조공학회 2013 한국전산구조공학회논문집 Vol.26 No.4

신재생, 친환경 에너지에 대한 관심의 증가로 최근 상당수의 풍력 발전기가 설치되고 있다. 특히, 육상과 달리 부지 확보의 어려움도 없고 고품질의 바람을 얻을 수 있다는 점에서 해상 풍력 발전기가 더욱 주목을 받고 있다. 이와 같은 장점을 가진 해상 풍력 발전기는 육상의 조선소 등에서 제작된 후, 해상 크레인을 이용하여 운용 지점까지 이송되어 설치되는데, 이때 그 크기의 거대함과 고가라는 이유로 무엇보다 안전이 보증되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 해상 풍력 발전기의 이송 및 설치 시 안전성을 보증하기 위한 근거로서, 다물체계 동역학 기법을 활용하여 해상 크레인에 연결된 해상 풍력 발전기의 동역학 해석을 수행하였다. 그 결과, 본 기법이 해상 풍력 발전기의 이송 및 설치방법에 대한 검증용으로 충분히 활용 가능함을 확인할 수 있었다. Recently, a number of wind turbines are being installed due to the increase of interest in renewable, environment-friendly energy. Especially, an offshore wind turbine is being watched with keen interest in that it has no difficulty in securing a site and can get high quality of wind, as compared with a wind turbine on land. The offshore wind turbine is transferred to and installed on the site by an offshore floating crane after it was made in a factory on land such as shipyard. At this time, it is important to secure the safety of the turbine because of its huge size and expensive cost. Thus, a dynamic analysis of the offshore wind turbine which is connedted with the offshore floating crane was performed based on the multibody systems dynamics in this study. As a result. it is shown that the analysis can be applied to verify the safety of a method for the transportation and installation of the offshore wind turbine suspended by the crane.

해상크레인으로 인양하는 중량물의 Tagline 제어를 위한 다물체계 동역학 시뮬레이션 및 실험

구남국,이규열,권정한,차주환,함승호,하솔,박광필,Ku, Nam-Kug,Lee, Kyu-Yuel,Kwon, Jung-Han,Cha, Ju-Hwan,Ham, Seung-Ho,Ha, Sol,Park, Kwang-Phil 한국시뮬레이션학회 2010 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.19 No.1

This paper describes tagline PD control for reduction of motion for the heavy cargo(load) suspended by a floating crane. The equations of motion are set up considering the 6-degree-of-freedom floating crane and the 6-degree-of-freedom load based on multi-body system dynamics. The tagline mechanism is applied to floating crane to control motion of the heavy cargo(load). The winch, mounted on the deck of floating crane, is used to control the tension of tagline. To generate control force, PD control algorithm is applied. Numerical simulation and experiment is executed to verify the tagline control mechanism. The numerical simulation and experiment shows that the tagline control mechanism reduces the motion of the load suspended by a floating crane.

Wire Rope Dynamics 기반의 조선용 탑재 크레인 동역학 시뮬레이션

차주환,구남국,노명일,이규열,Cha, Ju-Hwan,Ku, Nam-Kug,Roh, Myung-Il,Lee, Kyu-Yeul 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.2

A wire rope is comprised of several metal wires which are wound together like a helix and it can resist relatively large axial loads, as compared with bending and torsional loads. A shipbuilding crane for erection such as a floating crane, a gantry crane, and a crawler crane hoists up and down heavy blocks by using these wire ropes. Thus, it is necessary to find dynamic properties of a wire rope in order to safely lift the blocks using the crane. In this study, a formula for calculating the tension and torsional moment acting on wire ropes of the crane was derived based on the existing study, and then dynamic simulation of the crane was performed based on the formula. The result shows that the dynamic simulation can be applied to find the safe method for block erection of shipyards. 와이어 로프(wire rope)는 여러 가닥의 얇고 긴 철사를 감아서 밧줄과 같이 만든 것으로 굽힘과 비틀림 하중에 비해 축 하중에 더 크게 저항할 수 있는 특징을 가지고 있다. 해상 크레인, 갠트리 크레인, 크롤러 크레인 등과 같이 선박 또는 해양 구조물의 탑재를 위해 사용되는 조선용 탑재 크레인은 이러한 와이어 로프를 이용해 큰 중량의 블록들을 들거나 내리고 있다. 따라서 블록의 안전한 탑재를 위해서는 와이어 로프에 대한 동역학적 특성을 잘 파악해야 한다. 본 연구에서는 블록 탑재 시 크레인의 와이어 로프에 작용하는 장력과 비틀림 모멘트에 대한 계산식을 유도하고, 이를 기반으로 한 조선용 탑재 크레인의 동역학 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 개발된 시뮬레이션 방법이 실제 조선소의 안전한 블록 탑재 과정에 충분히 적용할 수 있음을 확인하였다.

조선 공정 계획을 위한 시뮬레이션 모델의 모듈화 및 시나리오 처리 방법론

차주환(Ju-Hwan Cha),구남국(Nam-Kug Ku),노명일(Myung-Il Roh),조두연(Doo-Yeoun Cho),이규열(Kyu-Yeul Lee) (사)한국CDE학회 2012 한국CDE학회 논문집 Vol.17 No.1

Recently, requests for accurate process planning using simulation have been increasing in many engineering fields including the shipbuilding industry, and many application systems for simulation have been developed. It is difficult, however, for a user to reuse the developed systems, because simulation models in the system are defined by its own method. In addition, the simulation model should be modified whenever a simulation sequence, which is called simulation scenario, is changed. Therefore, in this study, an elementary simulation object is proposed to modularize a simulation model. And the management scheme of simulation scenario is proposed to manage the scenario outside of the simulation models. Also, a simulation template is proposed to increase the development efficiency. To verify the efficiency of the proposed methods, application examples for shipbuilding process planning are implemented.