Numerical Analysis of Wave Impact Forces in Numerical Wave Basin

수치파 수조를 이용한 파랑 충격력 수치해석

The impact forces of the highly nonlinear waves are one of the important factors in designing the ocean structures. The impact forces are very difficult to analyze numerically and experimentally because they are impulsive in magnitude and occur instantaneously. In this study the numerical program based on N.S. equations are used to investigate the impact forces of steep waves where the waves are gene rated by the wave maker in the numerical wave basin. The arbitrary steep waves are generated by the superposition of waves of single frequency and the impact forces on vertical cylinder are simulated on the multiblock grids. V.O.F. and the local height function methods are used to track the free surfaces. To validate the numerical analysis the numerical results are compared with the experimental ones and the acceptable agreements are found. It is thought that more studies on the simulations of the incoming breaking waves and the impact forces on the vertical cylinder should be made to obtain the useful results to be applied in the offshore design.

해양구조물 설계시 급격한 파랑에 의한 충격력은 구조물 안전을 위한 중요한 설계인자이다. 이러한 충격력은 과도한 하중이 극히 짧은 시간 사이에 발생하는 현상으로 실험적 또는 수치해석적으로 해석하기 매우 어려운 문제이다. 본 연구에서는 급격한 파랑에 의한 충격력을 해석하기 위하여 수치파수조를 이용하여 N.S. 방정식에 기반한 수치해석을 수행하였다. 임의파를 선형중첩에 기반하여 조파기를 작동시켜 재현하였고 다블록격자하에서 수직실린더에 작용하는 충격력을 수치해석하였다. 한편 자유표면은 V.O.F. 및 local height function을 이용하여 추적하였다. 수치해석 검증을 위하여 수치해석 및 실험 결과와 비교를 수행하였는데 비교적 만족할 수 있는 결과를 확인하였으나 해양구조물 설계시 유용한 결과를 얻기 위해서는 쇄파와 같은 극한파 재현과 극한파에 의한 충격력에 대한 많은 연구가 지속되어야 함을 알 수 있었다.