지반과 말뚝의 상호작용을 고려한 고정식 해상풍력터빈의 동적 특성에 대한 확률적 평가

이진학,김선빈,한택희,윤길림,Yi, Jin-Hak,Kim, Sun-Bin,Han, Taek Hee,Yoon, Gil-Lim 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.4

천해역에서의 해상풍력터빈의 기초 형식으로 모노파일, 트라이포드, 재킷 등의 고정식 기초 사이의 최적의 지지구조물 선별에 대한 논의가 세계적으로 활발하게 되어왔다. 다양한 기초 형식 가운데 어떤 기초를 최종 선택하기 위해서는 경제성과 함께 동적설계 측면에서의 검토도 필요하다. 이 연구에서는 고정식 기초를 해상풍력터빈의 기초로 적용하는 경우 전체 구조물의 고유주파수에 미치는 하중 및 지반 물성치의 불확실성의 영향을 정량적으로 검토하였다. 연구결과, 모노파일의 고유주파수의 변동이 가장 심한 것을 알 수 있었고, 따라서 모노파일 기초를 설계에 반영하는 경우에는 지반 물성치의 불확실성을 최소화시키는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다. Extensive discussion on the optimal types of offshore wind turbine(OWT) among monopile, tripod and jacket in the intermediate depth of water has been actively carried out in worldwide wind turbine industry. Selecting the optimal types of OWT among several substructural types, it is required to consider the economic and technical feasibility including dynamically stable design of a wind turbine system. In this study, the effects of loading levels and uncertainties of soil properties on the natural frequency of OWT have been quantitatively investigated. In conclusion, the natural frequency of monopile-type OWTs has a significant level of uncertainty, hence it is very important to minimize the level of uncertainties in soil properties when the monopile is selected as a foundation for an OWT.

“에너지 자립형” 신재생 에너지 교량 모델 개발

이진학(Jin-Hak Yi),김영상(Young-Sang Kim) 대한토목학회 2011 대한토목학회지 Vol.59 No.1

지반과 말뚝의 상호작용 및 세굴현상을 고려한 해상풍력터빈의 신뢰성 해석

이진학(Jin-Hak Yi),김선빈(Sun-Bin Kim),윤길림(Gil-Lim Yoon) 한국해안해양공학회 2016 한국해안해양공학회 논문집 Vol.28 No.4

최근 해상풍력터빈에 대한 하부구조물로 재킷 또는 트라이포드 형태의 고정식 하부구조물이 기존의 모노파일을 대체하는 좋은 대안으로 제시되고 있다. 이러한 재킷 또는 트라이포트 하부구조물은 이미 기술성숙도가 높고 25-50 m 사이의 중수심에서 경제성 확보가 가능하다. 본 논문에서는 모노파일을 포함하여 트라이포드, 재킷 하부구조물을 채택한 고정식 해상풍력터빈에 대하여 지반물성치 및 하중의 불확실성, 그리고 세굴 깊이를 고려하여 신뢰성 해석을 수행하였다. NREL 5 MW 풍력터빈 제원을 이용한 수치해석을 통하여, 지반물성치의 불확실성을 고려한 신뢰도 지수 분석 결과 모노파일 기초를 채택한 해상풍력터빈의 신뢰도 지수가 세굴깊이가 증가함에 따라 크게 감소하는 것을 알 수 있었으며, 재킷 또는 트라이포드 기초를 채택한 경우 세굴깊이가 신뢰도 지수에 미치는 영향이 크지 않음을 알 수 있었다. 결론적으로 재킷 또는 트라이포드 기초를 채택한 해상풍력터빈의 경우 지반-말뚝상호작용을 고려하지 않아도 구조 신뢰성 해석을 수행할 수 있으나, 모노파일을 채택한 경우, 신뢰성 해석 시 지반물성치 및 이에 포함되어 있는 불확실성의 정보가 상대적으로 중요함을 알 수 있다. Multi-member lattice-type structures including jackets and tripods are being considered as good alternatives to monopile foundations for relatively deep water of 25-50 m of water depth owing to their technical and economic feasibility. In this study, the reliability analysis of bottom-fixed offshore wind turbines with monopile and/or multi-member lattice-type foundations is carried out and the sensitivities of random variables such as material properties, external wind loadings and scouring depth are compared with respect to different types of foundations. Numerical analysis of the NREL 5 MW wind turbine supported by monopile, tripod and jacket substructures shows that the uncertainties of soil properties affect the reliability index more significantly for the monopile-supported OWTs while the reliability index is not so sensitive to the material properties in the cases of tripod- and jacket-supported OWTs. In conclusion, the reliability analysis can be preliminarily carried out without considering soil-pile-interaction in the cases of tripod- and jacket-supported OWTs while it is very important to use the well-measured soil properties for reliable design of monopile-supported OWTs.

수직축 풍력터빈에 대한 동적모델개선 및 효과분석

이진학 ( Yi Jin-hak ),김원술 ( Kim Wonsul ),한택희 ( Han Taek Hee ),임승률 ( Yim Sungyul ) 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.21 No.1

In this study, dynamic characteristics were analyzed by field measurement and experiment mode analysis on a vertical axis wind turbine with resonance issue, and dynamic model modification was also carried out by concrete filling inside the steel tower. Finally, the overall power generation and economic efficiency due to the extension of the range of rotor rotational speed was also analyzed.

IEA-OES 및 IEC TC114 최근 동향

이진학(Jin-Hak Yi),최종수(Jong-Su Choi),고동휘(Dong-Hui Ko),김경환(Kyong-Hwan Kim),서종범(Jongbeom Seo) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5

해양에너지 분야는 크게 조력발전, 조류발전, 파력발전 및 온도 차 발전을 중심으로 연구개발이 활발하며, 이미 상용화 되어 있는 조력발전을 제외하면 전체적으로 실증 및 준상용화 단계에 접어들고 있는 것으로 평가되고 있다. 이러한 해양에너지 시스템의 상용화 및 관련 산업 육성을 위하여 국제전기기술위원회(IEC, International Electrotechnical Committee)에서는 지난 2007년 조류발전 및 파력발전 등에 대한 해양에너지 기술위원회(TC114 Marine energy-Wave, tidal and other water current converters)를 구성하고, 관련 표준화 작업을 수행하고 있다. 또한 국제에너지기구의 경우 해양에너지시스템 기술협력프로그램(IEA-OES)을 구성하여 국제 기술교류 및 협력을 강화하고 있다. 이 발표에서는 이들 두 기구의 최근 활동 및 미국, 영국 등 여러 회원국의 시스템 개발 및 기술표준화 동향을 소개하고자 한다. In the ocean energy research fields, major interests are focused on the development of the tidal range, tidal current, wave, and ocean thermal energies. The tidal range energy is already commercialized, and other ocean energy systems are entering the stage of pre-commercialization through open-sea tests and validations. To commercialize these ocean energy systems and promote industrialization, the International Electrotechnical Commission (IEC) has been working on the technical committee, TC114 marine energy-wave, tidal, and other water current converters, and carry out related standardization activities since 2007. There is another international cooperation organization, IEA-OES(Ocean Energy Systems), established in 2001 to promote international technology exchange and cooperation between member counties. This presentation introduces IEC TC114 and IEA-OES's recent activities and introduces the action plan related to international cooperation and standardization in the future.

진동시험에 의한 방파제 케이슨의 동특성 평가 및 수치해석 모델의 검증

이진학(Yi, Jin-Hak),박우선(Park, Woo-Sun),이소영(Lee, So-Young),김정태(Kim, Jeong-Tae),서춘교(Seo, Choon-Gyo) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.1

이 연구에서는 대형 항만시설물인 방파제 케이슨에 대한 진동특성 분석을 위한 충격진동시험 적용 결과를 분석하고, 그 결과를 유체-구조물-지반 상호작용을 고려한 수치해석 결과와 비교하여 수치해석 모델의 적용 가능성을 검토하였다. 천단고를 높이기 이전의 오륙도 방파제에 대한 실험결과와 최근 천단고를 높인 이후의 방파제에 대한 실험결과와 비교하여 천단고를 높임으로써 고유주파수가 1.7-4.3% 감소되었음을 알 수 있었고, 수치해석 결과에서도 고유주파수가 감소되는 것으로 분석되어 진동시험 및 수치해석의 합리성을 검증할 수 있었다. In this study, impact vibration tests are applied to analyze the vibration characteristics of caisson-type breakwater, and the results obtained from vibration tests are compared with numerical simulation results considering fluid-soil-structure interaction effects to verify the feasibility of a numerical analysis model. It is found that natural frequencies are reduced as amount of 1.7-4.3% after additional parapet structure is added to increase the height of breakwater, and the same results was observed from the numerical simulation study. Through the comparison, it was verified that the vibration tests and numerical simulation study can be applied to evaluate the vibration characteristics of caisson-type breakwater.

확률적 접근방법에 의한 액상화 가능성 평가

이진학(Yi Jin-Hak),권오순(Kwon O-Soon),박우선(Park Woo-Sun) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 C Vol.26 No.5

지반 액상화는 대표적인 지진 피해의 한 형태로 이 연구에서는 이러한 지반 액상화 가능성 평가를 위한 확률적 접근 방법을 제시하였다. 일정한 사용기간 동안의 지진에 의한 액상화 발생확률을 구하기 위하여 액상화 취약도와 지진재해도를 결합하여 액상화 위험도를 산정할 수 있도록 하였다. 현재 국내에서는 결정론적인 방법이 많이 이용되고 있으나, 이러한 방법은 지반 물성치에 포함되어 있는 많은 불확실성을 합리적으로 다루기 어려운 단점이 있다. 두 가지 형태의 확률적 접근 방법을 제시하였는데, 첫번째는 설계지진에 대한 확률적 신뢰도 해석 방법이고, 두번째는 주어진 지반조건에 대하여 일정한 사용기간 동안 액상화가 발생할 수 있는 가능성을 평가한 위험도 해석 방법이다. 기존의 결정론적 방법과 확률적 방법에 의하여 매립지반의 액상화를 평가하였으며, 위험도 해석에 의한 액상화 가능성 평가기법을 지속적으로 적용하고, 설계기준이 제시된다면 보다 합리적이고, 정량적인 지반 액상화 가능성 평가기법이 될 수 있음을 검증하였다. Liquefaction of soil foundation is one of the major seismic damage types for infrastructures. In this paper, deterministic and probabilistic approaches for the evaluation of liquefaction potential are briefly summarized and the risk assessment method is newly proposed using seismic fragility and seismic hazard analyses. Currently the deterministic approach is widely used to evaluate the liquefaction potential in Korea. However, it is very difficult to handle a certain degree of uncertainties in the soil properties such as elastic modulus and resistant capacity by deterministic approach, and the probabilistic approaches are known as more promising. Two types of probabilistic approaches are introduced including (1) the reliability analysis (to obtain probability of failure) for a given design earthquake and (2) the seismic risk analysis of liquefaction for a specific soil for a given service life. The results from different methods show a similar trend, and the liquefaction potential can be more quantitatively evaluated using the new risk analysis method.

지진취약도 분석을 위한 확률밀도함수 보간 기법

이진학(Yi Jin-Hak),김상훈(Kim Sang-Hoon),윤정방(Yun Chung-Bang),Kushiyama Shigeru 대한토목학회 2004 대한토목학회논문집 A Vol.24 No.2A

울돌목 시험조류발전소 구조물 건전도 모니터링 시스템 구축현황 및 계측결과

이진학(Jin-Hak Yi),박진순(Jin-Soon Park),이광수(Kwang-Soo Lee) 한국소음진동공학회 2009 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

구조 건전성 감시를 위한 스마트 가속도계의 성능 평가

이진학(Yi Jin-Hak),오혜선(O Hye-Sun),윤정방(Yun Chung-Bang) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.4A

이 연구에서는 최근 사회기반시설물의 스마트 모니터링을 위하여 많은 관심을 받고 있는 광섬유 FBG형 기속도계와 MEMS형 가속도계의 적용성을 평가하고자 하였다. 이들의 성능을 비교하기 위하여 저주파수 영역에서 높은 민감도와 신뢰성을 가지고 있는 ICP형 가속도계를 스마트 센서와 동시에 모형구조물에 부착하여 소규모 진동대 실험을 수행하였으며, 계측된 응답을 이용하여 모드해석을 수행함으로써 간접적으로 계측지료의 신뢰성을 비교하였다. 계측자료로부터 구한 모드자료 를 이용하여 진단빌딩의 층간 강성을 추정하였다. 추정된 강성의 신뢰성을 검증하기 위하여 기지의 질량을 추가하여 구조물의 특성을 변경시킨 후, 다시 진동대 실험을 수행하여 구한 실험모드해석 결과를 수치해석결과와 비교하였다. In this study, two kinds of smart accelerometers are investigated for the application of smart sensors to the structural health monitoring of infrastructures. Smart optical Fiber Bragg Grating (FBG) type and Micro-Electo-Mechanical System (MEMS) type accelerometers are selected for this study and the high sensitive lep type accelerometer is used for the reference sensor. Small size shaking table tests were performed with 3-story shear building model using random input ground motions. The output only modal identification was carried out using stochastic subspace identification and the performances of sensors are compared in modal domain indirectly. The modal sensitivity method was applied to update the story stiffness of numerical model and the updated results were verified using the additional experiments for the same structure with additional mass.