어선은 어획물로 인한 무게 변화 및 어구 사용에 의한 외력으로 GM이 변화한다. 하지만 실시간으로 변화하는 GM을 추정하는 것은 어려우며, 현재 적용되는 추정식은 어선에 대입하기에 정확성이 떨어진다. 이에 본 논문은 어선의 GM 추정식 개발에 기여하기 위해 어선의 Roll 운동응답을 분석하고, 실험과 시뮬레이션의 GM과 파경사 관계를 밝히고자 한다. 7톤 급의 실제 운항 중인 어선의 모델선 GM을 변화시키면서 파경사별 Roll 운동응답 데이터를 수집한다. GM 변화의 경우 선박 무게중심부에 높이 방향으로 추를 조절할 수 있도록 했으며, 파경사는 동일 주기 4가지 파경사를 선정하였다. GM과 파경사가 커질수록 Roll 응답이 증가하는 경향을 보이며, GM과 파경사가 커짐에 따라 기울기가 비선형성을 보이며 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해서 어선의 GM과 파경사의 관계를 파악하고, GM추정에 사용할 수 있느 보정 계수를 도출할 수 있다. 추후에 본 연구 내용을 활용하여 운항 중인 어선의 실시간 GM 추정시스템 개발에 기여가 가능할 것으로 생각한다.
세계적으로 수요가 증대하고 있는 고속선의 설계시 승선감 또는 내항성은 필수적으로 고려되어야 하는 중요요소이다. 고속선은 필연적으로 과도한 운동을 동반하며 그로 인해 승객들은 극심한 멀미와 구토 등 불쾌한 승선감을 경험하게 된다. 근래에 항공 및 육상 교통수단들의 고급화에 따라 해양 운항선사들도 선박품질의 고급화와 괘적한 승선감 확보에 비상한 관심을 보이며 승객 유치 및 승선률 제고를 도모하고 있다. 본 논문은 고속쌍동선에 대한 내항성능을 추정하고 그 해석결과를 실험과 비교하였다. 상하동요 및 종동요 간의 선형 연성 운동방정식을 사용하였고, 규칙파에 대한 상하동요의 응답특성 곡선을 구하였다. 또한 불규칙파에 대한 운동응답을 추정하기 위하여 ITTC파도 스펙트럼을 적용하였으며, 본 고속쌍동선의 운동성능에 미치는 선수 및 선수각의 영향을 고찰하였다.
본 연구는 OSV(Offshore Support Vessel)의 운동응답 특성을 파악하기 위해 조우주파수와 선속변화에 따라 상하동요 및 종요에 대해 수치해석을 수행하였고 유효마력에 대한 실험값과 비교 해석하였다. 연구결과 뷰포드 스케일(Beaufort Scale) 2의 해상조건에서 조우각 $30^{\circ}$로 고속항주시 상하동요는 가장 크게 나타났고, 뷰포드 스케일 3 및 4일 경우 조우각 $90^{\circ}$로 저속항주시 상하동요가 가장 크게 나타났다. 종요의 경우, 뷰포드 스케일이 증가함에 따라 선형적으로 증가하였고, 조우각 $30^{\circ}$에서 고속항주시 가장 큰 값이 나타났다.
조화가진력이 작용하는 고정경계를 가진 완전원판의 비선형 진동에 대한 응답특성을 연구하였다. 원판의 비대칭모드의 고유진동수 근처에 가진주파수가 작용하는 주공진에서의 응답은 정상파(standing wave)뿐만 아니라 진행파(traveling wave)가 존재 한다고 알려져 있다. 주공진 근처의 정상상태 응답곡선에서 최대한 5개의 안정한 응답이 존재하는 것으로 밝혀졌으며, 이들은 1개의 정상파와 4개의 진행파로 나타난다. 이 진행파 중 2개는 가진진동수가 변화함에 따라 Hope분기에 의해 안정성을 잃은 후 주기배가운동을 거쳐 흔돈운동에 이르게 된다. 초기조건에 의해 각각의 끌개(attractor)에 흡인되는 흡인영역의 경계를 주평면의 개념을 통하여 구하였으며, 가진진동수가 변화함에 따라 안정한 해가 혼돈운동에 이르는 과정에 대해 흡인영역의 경계가 변화되는 특성을 관찰하였으며, 흡인영역 경계에 대한 프랙털 차원(fractal dimension)을 계산하였다.
내항성능이 우수한 선체는 나쁜 해상상태에서도 효과적으로 운항이 가능하고, 여객과 화물을 안정된 상태로 유지시키게 된다. 이러한 선체의 운동은 선속과 파도의 조우주파수와 밀접한 관계를 가지고 있다. 운동응답에 대한 평가는 입사파에 대하여 3자유도 운동에 대한 계산이 수행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 카타마란형 레저보트의 선형설계를 수행하여 이에 대한 운동성능을 고찰하고자 하였다. 조우각과 선속의 변화에 따른 카타마란의 3자유도에 대한 RAO 및 RMS 값의 반복적인 평가를 통하여 양호한 운동응답을 보였다.
본 연구에서는 구조물의 내진해석에 사용되는 입력운동을 1차원 파전파이론, Elsabee-Morray의 이론, 유한 요소이론을 이용하여 산출하여 상호비교 검토하였고 산정된 입력운동을 이용해서 구조 물의 응답을 유한요소 해석과 반무한체 해석을 이용하여 산정해서 역시 비교 검토하였다. 지반의 강성증가에 따른 입력운동과 구조물 응답의 변화를 고찰하기 위하여 Parametric Study를 수행하였으며 산출된 여러 이론들에 따른 구조물 응답결과를 내진규준에 따라서 산출된 구조물 응답과 비교하였다. 해석 결과는 Scattering Field 효과를 고려하지 않은채 산출된 입력운동이 Scattering Field 효과를 고려하여 얻어진 입력운동보다 약 2배 정도 크게 산출되어 결과적으로 입력운동의 차이에 따른 구조물응답이 상당한 차이를 보여 내진 설계시 이 효과를 무시할 수 없을 정도로 큼을 알 수 있었다.
최근 탄소 저감에 대한 요구가 증가함에 따라 전 세계적으로 화석연료의 사용을 줄이고, 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 신재생 에너지를 활용한 발전 방식 중, 부유식 해상풍력발전기는 설치제약이 적으며, 대규모 단지 구성이 수월한 장점이 있다. 부유식 해상풍력발전기의 파랑 중 운동응답 해석은 초기 설계 단계에서 필수적으로 수행되어야 한다. 본 연구는 부유식 해상풍력발전기 중반잠수식 해상풍력발전기에 대하여 종경사각에 따른 주파수 영역에서의 운동 해석을 수행하고, 종경사각에 따른 운동 특성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 운동응답 분석은 6자유도 운동 중 Heave, Roll, Pitch에 대하여 수행하였다. 고유 주기 분석을 수행하여, 종경사각의 변화가 Heave, Pitch 운동은 유의미한 변화를 나타내진 않았지만, Roll 운동은 규칙적으로 변화함을 확인하였다.
Random 지반운동에 대한 면진수조구조물 응답의 추계학적 해석방법을 연구하였다. 유연한 벽체와 내부유체간의 유체구조물 상호작용은 유체운동의 유한요소 모델링에 의하여 얻어지는 부가질량행렬 형태로 고려되었다. 정상(定常)(Stationary)지반운동으로는 수정된 Clough-Penzien Spectral Model이 사용되었으며, 비정상(非定常)(Nonstationary)지반운동으로는 상기모델에 포락함수를 적용한 모델을 사용하였다. 운동을 지배하는 Lyapunov Covariance Matrix 미분방정식의 해를 구하여 두 종류 면진시스템의 정상응답 및 비정상응답을 해석하였다.
본 논문은 부지응답해석 및 실내시험에 기초한 지하공간 내진설계 개념을 제안하는데 목적을 두고 있다. 설계응답 스펙트럼 및 가속도시간이력과 같은 입력운동의 통제점 위치와 기반암 가정물성이 내진설계에 매우 중요한 역할을 하고 있음을 본 연구결과를 통해 알 수 있었다. 그러므로 통제점 위치에 따른 지표면 자유장운동, 기반암운동 또는 암반노두운동 지반운동 변화를 합리적으로 모델링 할 수 있는 적절한 지반응답 모델을 이용하면 지진하중을 받는 지하공간의 합리적인 경계조건을 모사할 수 있고 현실적인 내진설계가 가능하다.
선체운동은 외력관계 등 복잡한 환경에서 발생하므로 추정이 난해하다. 선체운동의 추정은 선박의 안전을 확보할 수 있는 중요한 요소이므로 정확한 추정이 필요한 실정이다. 기존의 선체운동관련 연구는 특정 선형에 대한 선체운동을 실험하여 획득한 모델과 기준이되는 모델의 겉보기 운동을 비교한 것으로 선체운동을 직관적으로 추정하기 난해하다. 본 연구에서는 선형-시불변 (Linear-Time lnvariant)시스템의 전달함수 기법을 적용해 선체운동을 극-영점 해석과 주파수 응답 분석을 통해 선체운동의 특성을 전달함수로 추정하는 개념을 소개한다. 선형-시불변 시스템을 이용한 선체운동 해석 모델은 1)파랑의 입력신호와, 2)선체운동의 출력신호, 3)블랙박스로 정의된 선체로 구성된다. 본 모델은 선체운동을 전달함수로 수치화 하여 정의할 수 있고, 극-영점해석 및 주파수 응답 분석을 통해 선체운동의 특성을 추정하는데 용이할 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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