해양구조물의 파력산정을 위한 3-차원 무한요소

THREE-DIMENSIONAL INFINITE ELEMENTS FOR WAVE FORCE EVALUATION OF OFFSHORE STRUCTURES

본 논문에서는 해양구조물에 작용되는 파력을 산정하고 구조물-유동의 상호작용을 해석하기 위하여 유동장을 유한요소법으로 모형화하여 해석할 때에, 효과적으로 적용될 수 있는 유체의 3차원 무한요소를 개발하였다. 유동의 수식화는 선형파동이론에 근거하였고, 구조물의 크기가 비교적 큰 경우를 대상으로 함으로써 유동의 관성력항이 지배적이므로, 점성저항력의 영향을 무시하였다. 유동의 지배방정식이 속도포텐셜에 대한 라플라스 방정식으로 주어지고, 구조물의 표면, 수면 및 해저면을 경계로 하여, 수평방향으로는 무한대로 펼쳐진 영역에서 정의된 문제를 효과적으로 해석하기 위하여, 두 종류의 유동요소를 개발하였다. 하나는 무한원방향으로 방사되는 파를 모형화 하기 위한 무한 요소이며, 다른 하나는 심해조건에서 유용하게 적용될 수 있는 가상바닥경계요소이다. 본 연구에서 제안한 유동요소들의 유용성과 효율성은 여러가지의 부유식 해양구조물에 대한 예제해석을 통하여 입증하였다. 같은 에제에 대하여 다른 방법으로 해석한 타 문헌상의 결과와 비교할 때, 본 연구에서 개발한 유동요소를 사용한 방법이 매우 좋은 결과를 줌을 알 수 있었다.

The finite element technique incorporatating infinite elements is applied to analyzing the general three dimensional wave-structure interaction problems within the limits of linear wave theory. The hydrodynamic forces are assumed to be inertially dominated, and viscous effects are neglected. In order to analyze the corresponding boundary value problems efficiently, two types of elements are developed. One is the infinite element for modeling the radiation condition at infinity, and the other is the fictitious bottom boundary element for the case of deep water. To validate those elements, numerical analyses are performed for several floating structures. Comparisons with the results by using other available solution methods show that the present method incorporating the infinite and the fictitious bottom boundary elements gives good results.