유연관-해저주행차량 연성 동적거동 해석

홍섭,김형우,Hong, Sup,Kim, Hyung-Woo 한국해양학회 2008 바다 Vol.13 No.3

We developed a computational method on coupled dynamics of tracked vehicle on seafloor and long flexible pipe. The tracked vehicle is modeled as rigid-body vehicle, and the linked flexible pipe is discretized according to a lumped-parameter model. The equations of motion of the rigid-body vehicle on the soft seafloor are combined with the governing equations of flexible pipe dynamics. Four Euler parameters method is used to express the orientations of the vehicle and the flexible pipe. In order to solve the nonlinear coupled dynamics of vehicle and flexible pipe an incremental-iterative formulation is implemented. For the time-domain integration $Newmark-\beta$ method is adopted. The total Jacobean matrix has been derived based on the incremental-iterative formulation. The interactions between the dynamics of flexible pipe and the mobility of the tracked vehicle on soft seafloor are investigated through numerical simulations in time domain. 우리는 해저 연약지반 주행차량과 주행차량의 상부에 결합되어 있는 유연관의 연성거동 동력학 해석 기법을 개발하였다. 연약지반 주행차량은 1개의 강체로 모델링되었으며, 질량집중매개변수 기법을 이용한 이산화기법을 적용하여 유연관을 모델링하였다. 강체 무한궤도 주행차량의 운동방정식과 유연관의 3차원 비선형 지배방정식을 결합시켰으며, 4개의 오일러 매개변수를 이용하여 주행차량과 유연관의 자세를 표현하였다. 주행차량과 유연관의 비선형 연성거동 동력학 방정식의 해를 구하기 위해, 증분-반복법을 이용하였다. 시간영역 수치적분을 위해 $Newmark-\beta$기법을 이용하였다. 증분-반복법을 적용하여 연성 운동방정식에 대한 자코비안 행렬을 유도하였다. 동적거동 동력학 해석 기법을 통해 유연관의 동적거동과 연약지반 위를 주행하는 무한궤도 차량의 동적거동 사이의 상호작용을 시간영역에서의 관찰하였다.

연약지반을 고려한 차량 실시간 시뮬레이터 개발

홍섭(Sup Hong),김형우(Hyung-Woo Kim),조윤성(Yun-Sung Cho),조희제(Hui-Je Cho),정지현(Ji-Hyun Jung),배대성(Dae-Sung Bae) 한국해양공학회 2011 韓國海洋工學會誌 Vol.25 No.6

A realtime simulator using an explicit integration method is introduced to improve the solving performance for the dynamic analysis of a wheeled vehicle. Because a full vehicle system has many parts, the development of a numerical technique for multiple d.o.f and ground contacts has been required to achieve a realtime dynamics analysis. This study proposes an efficient realtime solving technique that considers the wheeled vehicle dynamics behavior with full degrees of freedom and wheel contact with soft ground such as sand or undersea ground. A combat vehicle was developed to verify this method, and its dynamics results are compared with commercial programs using implicit integration methods. The combat vehicle consists if a chassis, double wishbone type front and rear suspension, and drive train. Same cases of vehicle dynamics analysis are carried out to verify the realtime ratio.

지렛대 회전형 슬릿실린더와 2중 실린더의 와유기진동에 관한 실험연구

홍섭(Sup Hong),최종수(J.S Choi),김형우(H.W. Kim),여태경(T.K Yeu) 한국해양환경·에너지학회 2010 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

해양 세장체 와유기진동 하중계수 실험 계획과 장치

홍섭(Sup Hong),최종수(Jong-Su Choi),김형우(Hyung-Woo Kim),여태경(Tae-Kyeong Yeu),신승호(Seung-Ho Shin) 한국항해항만학회 2008 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.추계

라이저, 텐던, 계류 등과 같은 해양 세장형 구조물(이하 세장체)의 와유기진동(VIV, Vortex Induced Vibration, 이하 VIV)에 의한 응답 해석기술 개발분야에서, 와유기진동에 의해 세장체에 가해지는 하중을 실험으로 계측하여, 다양한 조건에 대한 하중계수(CL, Cd)의 데이터베이스 구축을 위한 "수중세장체 VIV 하중계수 모형실험"을 계획하였다. 본 논문은 이러한 모형실험의 계획과 실험장치 개발에 대한 것이다. 세장체의 직경, 세장체에 대한 상대유속, 진행방향의 수직방향 가진 진동수와 진폭을 실험변수로 선정하였다. 레이놀즈수와 감소속도의 무차원수, 실험장치 및 주변장치의 고유진동수, 진폭비, 동력제한 등을 고려하여 실험변수의 범위를 결정하였다. 수조의 전차를 이용하여 세장체의 상대유속을 발생시켰으며, 스카치-요크 기구를 이용하여 진행 수직방향의 강제 병진왕복운동을 가능하게 하였다. 이러한 상대유속과 수직방향 강제운동에 의해 발생되는 VIV 외력과 강제운동간의 위상차를 광섬유 브래그 격자 로드셀을 이용하여 계측하였다. In order to construct data base of load coefficients, such as VIV drag coefficient and VIV lift coefficient, by measuring the vortex induced loads to marine slender structure, such as the riser, tendon and mooring, an experiment plan and experiment device were designed. The loads for VIV should be considered importantly in designing marine slender structure in the view points of fatigue strength. The outer diameter, relative speed and CF (Cross-Flow) direction frequency-amplitude of the marine slender structure model were chosen as experiment variables. Re (Reynolds number), VR (reduced velocity), natural frequency of experiment device and facilities, amplitude ratio and allowable power supply were considered as experiment conditions or constraints. The relative speed in the direction of IL (In-Line) would be realized by linear translational motion of carriage in basin. Excitation motion in the direction of CF would be performed by a experiment device which adopted Scotch-Yoke mechanism. The loads and phase lag to slender body model in the directions of IL and CF would be measured in two-axis FBG (Fiber Bragg Grating) load cell.

파일럿 채광로봇 미내로 개발

홍섭(Sup Hong),김형우(Hyung-Woo Kim),여태경(Tae-Kyeong Yeu),최종수(Jong-Su Choi),민천홍(Cheon-Hong Min),윤석민(Suk-Min Yoon),이민욱(Min-Uk Lee),김진호(Jin-Ho Kim),성기영(Ki-Young Sung),이창호(Chang-Ho Lee),김성순(Seong-Soon Kim),오재원 한국해양환경·에너지학회 2014 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

공리적 설계를 적용한 심해저 망간단괴 집광시스템의 설계평가

최종수,홍섭,김형우,여태경,이태희,Choi, Jong-Su,Hong, Sup,Kim, Hyung-Woo,Yeu, Tae-Kyung,Lee, Tae-Hee 한국해양학회 2008 바다 Vol.13 No.3

The conceptual design evaluation of Deep-Sea Manganese Nodule Miner(DSNM) based on Axiomatic Design was preformed. Functional Requirements(FRs) in functional domain and Design Parameters(DPs) in physical domain were embodied for the given concept design of DSNM. Interactions between FRs and DPs were sequentially analyzed from the first level hierarchy to the lower level hierarchy. The interactions were expressed as design matrices which showed the dependence or independence between FRs and DPs. The results showed that the design of DSNM was not a coupled one, but a decoupled. Finally, it was conceptually verified that DSNM was a good design satisfying the independence axiom of the Axiomatic Design. 심해저 망간단괴 집광시스템(이하, 집광시스템)의 개념설계가 공리적 설계(Axiomatic Design)의 관점에서 평가되었다. 또한 이미 수행된 집광시스템의 개념설계에 대해 기능적 영역의 기능요구와 물리적 영역의 설계파라미터가 구체화되었다. 기능요구와 설계파라미터의 상호관계는 첫 번째 수준 계층에서 하위 수준 계층으로 순차적으로 분석되었다. 이러한 상호관계는 설계행렬의 형태로 표현되었고 기능요구와 설계파라미터 사이의 독립성을 판단하기 위한 지표로 사용되었다. 설계행렬의 분석결과 본 집광시스템은 설계파라미터간에 연성이 되지 않는 비연성화된 설계임이 확인되었다. 결과적으로, 본 집광시스템은 독립공리(Independence Axiom)를 만족하는 잘된 설계임이 개념적으로 입증되었다.

해저연약지반 시험집광기의 동적거동 해석

김형우,홍섭,최종수,여태경,Kim, Hyung-Woo,Hong, Sup,Choi, Jong-Su,Yeu, Tae-Yeong 한국해양학회 2008 바다 Vol.13 No.3

본 논문은 해저 연약지반 위를 주행하는 시험집광기의 동적거동 해석을 다루고 있다. 시험집광기는 단괴채집장치, 무한궤도, 단괴파쇄기, 샤시프레임, 전기 전자 시스템으로 구성되어 있다. 시험집광기의 공기 중 무게는 8,600 kg이며, 수중에서의 시험집광기의 평균접지압은 6.0 kPa이다. 상용해석 프로그램인 RecurDyn-LM과 Visual Fortran 90을 이용하여 시험집광기의 동적거동 해석 모델 및 유체저항력 모델을 구축하였다. 상용해석 프로그램(RecurDyn-LM)에서 제공되는 사용자 정의 서브루틴을 이용하여 연약지반역학 모델 및 유체저항력 모델을 구축하였으며, 이를 통하여 해저 시험집광기의 동적거동 해석을 수행하였다. 궤도속도, 지반조건, 항력계수 및 추가질량 계수의 변화에 따른 시험집광기의 동적응답을 분석하였다. We conducted a dynamic analysis of an underwater test collector, which operates on extremely soft soil of deep-seafloor. The underwater test collector consists of nodule pick-up device, vehicle tracks, nodule crusher, loading frame and electric-electronic system. The weight of underwater test collector is about 8600 kg. The average normal pressure, that the underwater test collector supports, is about 6.0 kPa. The dynamic analysis model of underwater test collector is developed using commercial software RecurDyn-LM and Visual Fortran 90. A terramechanics model of extremely soft soil is implemented to the software based on user-written subroutine and applied to the dynamic analysis of the underwater test collector model. The dynamic responses of test collector are studied with respect to track velocities, terrain conditions, and coefficients of added mass and drag.

효율적인 심해저 채광시스템 해석을 위한 지역 라그랑지 승수를 이용한 도메인 분할방법

윤홍선(Hong-Seon Yun),김성수(Sung-Soo Kim),이창호(Chang Ho LEE),홍섭(Sup HONG) 대한기계학회 2014 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2014 No.4-2

심해저 채광시스템에 대한 분산제어기 설계에 관한 연구

여태경,박성재,홍섭,김형우,최종수,Yeu, Tae-Kyeong,Park, Soung-Jea,Hong, Sup,Kim, Hyung-Woo,Choi, Jong-Su 한국해양학회 2008 바다 Vol.13 No.3

심해채광시스템(Deep-sea mining system)은 보편적으로 수상선(Surface vessel), 양광관(Lifting system), 버퍼(Buffer), 유연관(Flexible pipe) 그리고 집광기(Miner)로 구성된다. 이러한 채광시스템은 하부시스템들(Subsystems)로 구성되기 때문에 대규모 시스템(Large-scale system)으로 가정할 수 있다. 대규모 시스템을 제어하기 위하여, 최근에는 분산제어기법(Decentralized control approach)이 널리 적용되고 있다. 본 논문에서는 대규모 시스템인 채광시스템에 분산제어 기법의 적용성에 대한 기본연구로서, 먼저 심해채광시스템을 유사 모델(양광관과 버퍼를 구면진자 유연관을 2차원 선형 스프링 결합)로 가정하고 간략하게 모델화하였다. 간략화된 모델을 바탕으로, 대규모 심해 채광시스템을 2개의 하부 시스템, 수상선, 양광관과 버퍼로 구성된 시스템과 집광기 시스템으로 각각 나누었다. 다음으로 각 하부 시스템 사이의 상호작용 요소(Interaction term)를 외란(Disturbance)으로 가정하고, 각 하부시스템에 대한 분산제어기를 설계하였다. 여기서 제어기는 집광기가 주어진 경로를 움직이는 동안, 집광기 시스템과 수상선, 양광관과 버퍼 시스템 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 제어하였다. 끝으로 제안된 제어기의 효율성을 검증하기 위해, 간략화된 모델을 이용한 수치 시뮬레이션을 수행하였다. The deep-sea mining system is generally composed of surface vessel, lifting system, buffer, flexible pipe and miner. The mining system can be regarded as a large-scale system in which each subsystem is interconnected to other ones. In order to control a large-scale system, decentralized control approaches have been proposed recently. In this paper, as a basic study on application of decentralized control, firstly, the mining system was modeled in a simplified way. Lifting system and buffer were regarded as a spherical pendulum and the flexible pipe was taken as a two-dimensional linear spring connection. Based on the simplified model dynamics, the mining system can be decentralized two subsystems, the one consisting of surface vessel, lifting system and buffer, and the other, the miner. Next, this paper proposed the design of controller for each decentralized subsystem by regarding the interacting terms as disturbances. The controllers kept the constant distance between two subsystems during the miner was moving on the specified track. Finally, the efficiency of proposed controller was proven through the numerical simulation of the derived model.

실해역 시험 데이터를 이용한 파일럿 채광로봇 엄빌리컬 케이블의 축진동 해석

민천홍(Cheong-Hong Min),여태경(Tae-Kyeong Yeu),홍섭(Sup Hong),김형우(Hyung-Woo Kim),최종수(Jong-Su Choi),윤석민(Suk-Min Yoon),김진호(Jin-Ho Kim) 한국해양공학회 2015 韓國海洋工學會誌 Vol.29 No.2

Axial vibration analysis is very important for a deep-seabed mining system, In this study, an axial vibration analysis was carried out to estimate the natural frequencies and tensions of the umbilical cable using experimental data obtained from the first pre-pilot mining test. The axial vibration of the umbilical cable with a pilot mining robot at the bottom end were analytically determined. The range of the added mass coefficients of the pilot mining robot is estimated by comparing the experimental and analytical data. The natural frequencies and maximum tensions are calculated using four estimated added mass coefficients.