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해상풍력발전기 설치선박의 동적거동에 영향을 미치는 인자 분석 및 항력-관성 변수 방법 기반 동적계수 개발
박주신,이동훈,박노준 해양환경안전학회 2021 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.06
해상풍력발전기 설치선의 동적응답을 분석하기 위하여, 불규칙 파 정보를 고려한 시간영역 기반 비선형동적해석이 필요하다. 고전적인 단자유도 시스템은 가장 기본적으로 동적효과를 계산하는 방법이지만, 실제의 무게 중심 불일치, 비정규적인 파도 하중 그리고 항력의 비선형을 고려하지 못하는 제약조건들을 갖고 있다. 그리하여 불규칙 파를 고려한 다중 자유도 모델이 유사한 문제에 해답을 찾는데 폭넓게 사용되고 있다. 불규칙 시간영역 해석은 정확한 계산 결과를 제공하지만, 수렴 데이터의 수렴도가 민감하여 복잡하다. 이러한 제약점들을 극복하기 위하여 본 논문은 시간영역 해석 결과를 통하여 수정된 동적증폭계수를 개발하였으며, 기존보다 복잡성이 개선되면서 계산 시간을 획기적으로 단축하였다. 다양한 변수를 기준으로 한 시간영역 해석을 통하여 새롭게 개발된 동적증 폭계수는 단자유도 방법보다 더 높은 정도를 갖고 있으며, 예측이 가능하다. In order to investigate the dynamic response of a WTIV(Wind TurbineIinstallation Vessel), nonlinear dynamic analysis based on time domain analysis has been performed with creating random wave profiles. The classical SDOF(Single Degree of Freedom) system is fundamental calculation method because the wave load does not occur at the center of mass and load is non-periodic as well as drag nonlinear. Therefore, MDOF(Multi Degree of Freedom) model with random wave is the widely used calculation method about dynamic response for jack-up units. In case of random time domain analysis is considered most accurate solution but most complex as well as sensitive to range of data for fitting. In order to recover of these limitations, the present paper developed a semi-empirical DAF(Dynamic Amplification Factor) throughout review from results basis of time domain analysis. It is less complex and computationally less intensive than the random time domain approach. Based on the results of various time domain analysis, newly developed DAF is possible to predict DAF with high accuracy better than SDOF.
해저면에 설치된 가스관의 외부충격에 의한 좌굴 안전성 검토
박주신,이명수 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.2
Subsea oil and gas exploration is increasingly moving into deeper water depths, and typically, subsea pipelines operate under high pressure and temperature conditions. Owing to the difference in these components, the axial force in the pipe is accumulated. When a pipeline is operated at a high internal pressure and temperature, it will attempt to expand and contract for differential temperature changes. Typically, the line is not free to move because of the plane strain constraints in the longitudinal direction and soil friction effects. For a positive differential temperature, it will be subjected to an axial compressive load, and when this load reaches a certain critical value, the pipe may experience vertical (upheaval buckling) or lateral (snaking buckling) movements that can jeopardize the structural integrity of the pipeline. In these circumstances, the pipeline behavior should be evaluated to ensure the pipeline structural integrity during operation in those demanding loading conditions. Performing this analysis, the correct mitigation measures for thermal buckling can be considered either by accepting bar buckling but preventing the development of excessive bending moment or by preventing any occurrence of bending. 해저 석유와 가스 탐사가 점점 더 깊은 수심으로 진행되고 있으며, 해저 파이프라인은 고압 및 고온 조건에서 작동하는 것이 일반적이다. 온도 및 압력 차이로 인하여 파이프 축 방향 힘이 축적되는 현상이 있다. 이러한 현상은 파이프라인을 구속하는 해저면 효과 때문에 파이프라인은 횡 좌굴이 발생하게 된다. 온도가 증가하는 경우 축 방향의 압축 하중이 가해지며 이 하중이 임계 수준에 도달하면 파이프가 수직방향으로 움직이게 된다. 또는 파이프라인의 구조적 완전성을 위태롭게 할 수 있는 횡 방향 좌굴이 발생하는 상황에서, 작동 중 파이프라인의 구조적 안전함을 보장하기 위해 파이프라인의 상세 구조 강도평가가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 해저면의 마찰 효과 및 재료의 열 수축/팽창을 고려한 비선형 구조해석을 상용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 활용하여 검토하였으며, 외부충격에 의한 횡 방향 좌굴 안전성을 분석하였다. 본 연구의 결과를 통하여 수치 해석적 단순화된 분석 모델을 통하여 해저면의 효과를 고려한 조건에서의 실제 파이프라인의 붕괴 조건을 예측할 수 있다.
횡하중을 고려한 선체보강판넬의 압축 붕괴거동에 관한 연구
박주신,고재용 한국항해항만학회 2007 한국항해항만학회지 Vol.31 No.3
선체의 갑판부와 선저부 그리고 해양구조물의 기본적인 구조는 보강판이다. 보강판넬은 한쪽방향으로 위치한 보강재 혹은 종/횡 방향으로 복잡하게 위치한 구조를 이루고 있으며, 후자의 모델을 그릴리지 구조라고 부른다. 선체구조설계 단계에서 선박의 종강도 평가는 가장 중요한 항목이다. 일반적으로, 극심한 해상상태에 놓인 선박의 선저부에는 호깅조건에 의해 발생되는 휨모멘트에 기인하여 압축하중이 작용하게 되며, 이와 동시에 수압하중 작용으로 인한 국부휨모멘트가 작용된다. 본 논문에서는, 구조해석 결과의 검증을 위해서 여러 가지 해석프로그램 및 현재 사용되고 있는 선급룰과의 비교를 하여 횡하중의 영향에 따른 압축최종강도에 대해 분석하고, 여러 가지 설계변수를 변화하여, 각각의 영향을 검토하고, 최종적으로 조합하중 조건에서의 횡하중의 영향에 대해서 분석하였다. 본 연구에서 얻어진 결과들은 최종한계상태설계법에 기반을 두고, 조합하중이 작용하는 선체보강판의 구조강도 거동에 대해서 하중성분에 대한 관계를 고찰하였다. Stiffened steel plates are basic structural members on the deck and bottom structure in ship, offshore. It has a number of one sided stiffeners in either one or both directions, the latter structure was called grillage structure. At the ship structural desgn stage, one of the major consideration is evaluation for ultimate strength of the hull girder. In general, it is accepted that hull girder strength can be represented by the local strength of the longitudinal stiffened panel. In case of considering hogging condition in a stormy sea, stiffened panel was acting on the bottom structure under axial compressive load induced hull girder bending moment, also simultaneously arising local bending moment induced lateral pressure load.In this paper, results of the structural analysis have been compared with another detailed FEA program and prediction from design guideline and a series analysis was conducted consideration of changing parameters for instance, analysis range, cross-section of stiffener, web height and amplitude of lateral pressure load subjected to combined load (axial compression and lateral pressure load). It has been found that finite element modeling is capable of predicting the behaviour and ultimate load capacity of a simply supported stiffened plate subjected to combined load of axial compression and lateral pressure load. It is expected that these results will be used to examine the effect of interaction between lateral pressure and axial loads for the ultimate load-carrying capacity based on the Ultimate Limit State design guideline.