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대형 해상풍력발전기 설치 선박(WTIV) Leg구조의 충돌 강도평가
박주신,마국열,서정관,Park, Joo-Shin,Ma, Kuk-Yeol,Seo, Jung-Kwan 해양환경안전학회 2020 해양환경안전학회지 Vol.26 No.5
최근 해상풍력발전기 시장은 에너지 수요 증가, 화석 연료 기반 발전에 대한 의존도 감소와 환경 규제로 인해 향후 5년 내에 빠른 성장이 예상된다. 이러한 상황에 따라서 전 세계적으로 풍력 발전을 가속화하고 있으며, 해상풍력으로 진입하려는 시도가 많아지고 있다. 노르웨이 해상 안전 관리처(PSA: Petroleum Safety Authority)는 운영하는 동안 충돌사고에 대한 충돌에너지가 35 MJ을 견딜 수 있는 안전설계 기준을 요구하고 있다. 따라서 본 연구에서는 북해 해상풍력발전기 설치 단지에 투입되는 해상풍력발전기 설치 선박(WTIV)의 레그 (Leg)와 선박충돌 사고에 대하여 발생 가능한 충돌시나리오에 대해서 비선형 소성붕괴 거동 결과를 바탕으로 레그의 충돌강도평가법을 분석하였다. 분석된 결과로 현재 설계된 기존 선박을 기준으로 요구치인 35 MJ을 만족을 위해서는 200 % 이상의 단면계수 증가가 필요하고, 이는 현실적인 레그 설계에서는 불가능한 조건으로 판단됐다. 또한, 합리적인 충돌시나리오를 기반으로 한 충돌에너지 기준의 제정이 필요하다. Recently, the offshore wind power generator market is expected to grow significantly because of increased energy demand, reduced dependence on fossil fuel-based power generation, and environmental regulations. Consequently, wind power generation is increasing worldwide, and several attempts have been made to utilize offshore wind power. Norway's Petroleum Safety Authority (PSA) requires a leg-structure design with a collision energy of 35 MJ owing to the event of a collision under operation conditions. In this study, the results of the numerical analysis of a wind turbine installation vessel subjected to ship collision were set such that the maximum collision energy that the leg could sustain was calculated and compared with the PSA requirements. The current leg design plan does not satisfy the required value of 35 MJ, and it is necessary to increase the section modulus by more than 200 % to satisfy the regulations, which is unfeasible in realistic leg design. Therefore, a collision energy standard based on a reasonable collision scenario should be established.
박주신,서정관 한국마린엔지니어링학회 2022 한국마린엔지니어링학회지 Vol.46 No.3
To build a vessel, structural divisions (blocks) of various sizes are first used to form small and medium assemblies, and then a large assembly is formed. The building blocks are finally assembled in a dock via pre-erection to complete hulls, during which supports of various shapes are utilized to prevent overturning and control load distribution. These supports are tailored for specific sites; hence, modifying them for use in jigs may result in jig safety misestimation. Several recent cases of structural damage due to block overturning were caused by the load exceeding the allowable load of the aged supports. In this study, to develop a method for accurately predicting the safe working loads (SWLs) of supports, which are essential in shipbuilding, we performed a finite element series analysis while varying the parameters of different supports, to determine the effect of the parameters on the SWL. In addition, we compared the obtained results with the existing criteria. The Euler equation overestimated the effect of the length change and thus provided unreliable results for long supports. However, the proposed empirical formula based on nonlinear analysis accurately pre-dicted the SWL of supports and reflected the influence of the parameters; therefore, the formula is beneficial for support design.
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.
선체보강판의 모델링범위에 따른 최종강도거동에 관한 연구
박주신,고재용,박성현,Park, Joo-Shin,Ko, Jae-Yong,Park, Sung-Hyeon 해양환경안전학회 2004 해양환경안전학회지 Vol.10 No.2
선체구조는 기본적으로 판부재의 조합으로 이루어져 있으며, 이러한 판부재는 하중분담 능력에 따라서 전체적인 구조의 강도에 큰 영향을 미치게 된다. 또한 각 구조적인 판부재는 개별적으로 거동하는 것이 아니라 종합적인 구조로서 작용하게 된다. 선박구조물은 강구조물과 해양구조물에서와는 달리 고정도의 부정정 구조물로 구성되어 있으며, 이러한 구조물의 거동을 정확하게 규명하기 위해서는 복잡하게 구성되어 있는 선체판넬 구조를 단순화시켜서 해석에 적용하여야 한다. 본 연구에서는 선체판넬구조의 모델링영역에 따른 최종강도 거동의 차이를 분석하여, 합리적인 모델링영역을 규명하고자 한다. 사용된 해석모델은 실제 상선의 이중저구조에서 사용되는 판넬에서 채택하였으며, 유한요소해석 모델링 시 3가지 서로 다른 해석영역을 지정하여 적용하였다. 본 연구의 목적은 일축압축하중이 작용하는 보강판넬구조에서 서로 다른 모델링영역을 갖는 보강판에서의 최종강도 거동을 분석하여 최적의 해석모델링 영역을 찾는 것이다. Ship structures are basically an assembly of plate elements and the load-carrying capacity or the ultimate strength is one of the most important criteria for safety assessment and economic design. Also, Structural elements making up ship plated structures do not work separately, resulting in high degree of redundancy and complexity, in contrast to those of steel framed structures. To enable the behavior of such structures to be analyzed simplifications or idealizations must essentially be made considering the accuracy needed and the degree of complexity of the analysis to be used On this study, to investigate effect of modeling range, the finite element method are used and their results are compared varying the analysis ranges. The model has been selected from bottom panels of merchant ship structures. For FHA, three types of structural modeling are adopted in terms of the extent of the analysis. The purpose of the present study is to numerically calculate the characteristics of ultimate strength behavior according to the analysis ranges of stiffened panels subject to uniaxial compressive loads.