• Wind and Structures
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• 제18권2호
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• pp.117-134
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• 2014

It is believed that offshore wind farms may satisfy an increasing portion of the energy demand in the next years. This paper presents a comparative study of the fatigue performances of tripod and jacket steel support structures for offshore wind turbines in waters of intermediate depth (20-50 m). A reference site at a water depth of 45 m in the North Atlantic Ocean is considered. The tripod and jacket support structures are conceived according to typical current design. The fatigue behavior is assessed in the time domain under combined stochastic wind and wave loading and the results are compared in terms of a lifetime damage equivalent load.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.489-495
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• 2011

해양에너지는 무궁무진한 부존량을 지니고 있으며 2차적인 환경문제를 야기 시키는 위험성이 상대적으로 작기 때문에 더욱 기대가 모아지고 있다. 우리나라의 서해안은 조수간만의 차가 크기 때문에 해양에너지 중에서도 조력발전을 통한 대규모 신재생에너지 창출이 유리한 지역이다. 아울러 조력발전을 위한 발전소를 해상에 설치 할 경우, 댐 건설에 따른 교량효과, 관광자원효과 및 만내 하천범람을 조절효과 등 다목적의 개발 기대효과를 얻을 수 있다. 조력발전을 위해서는 외해 조석과 발전소 운전에 따른 조지수위 변화에 따라 결정되는 가용수두가 크고, 비교적 광역의 조지면적이 필요하다. 본 연구에서는 가용수두가 클 뿐만 아니라, 만입구가 좁고, 만내에 넓은 조지면적을 지닌 서해안에 위치한 가로림만에 조력발전소를 건설할 경우, 조력발전에 따른 효과를 예측하는데 있어서 필수적인 수리특성의 변화를 EFDC모델을 이용한 수치모형실험을 통해 검토하였다. 검토 결과, 조력발전 입지로서의 가로림만의 입지타당성을 확인하였으며, 대상지역은 창조시의 유속보다는 낙조시의 유속이 빠르기 때문에 낙조시 유속이 빠른 서측수로에 수차발전기를 설치하고 동측수로에 수문을 설치해야 하는 등의 설계 지견을 얻을 수 있었다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제11권1호
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• pp.43-58
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• 2021

In the present work, a 3D numerical model is proposed to study local scouring around single vertical piers with different cross-section shapes under steady-current flow. The model solves the flow field and sediment transport processes using a coupled approach. The flow field is obtained by solving the Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) equations in combination with the k-ω SST turbulence closure model and the sediment transport is considered using both bedload and suspended load models. The proposed model is validated against the empirical measurements of local scour around single vertical piers with circular, square, and diamond cross-section shapes obtained from the literature. The measurement of scour depth in equilibrium condition for the simulations reveal the differences of 4.6%, 6.7% and 13.1% from the experimental measurements for the circular, square, and diamond pier cases, respectively. The model displayed a remarkable performance in the prediction of scour around circular and square piers where horseshoe vortices (HSVs) have a leading impact on scour progression. On the other hand, the maximum deviation was found in the case of the diamond pier where HSVs are weak and have minimum impact on the formation of local scour. Overall, the results confirm that the prediction capability of the present model is almost independent of the strength of the formed HSVs and pier cross-section shapes.

• 해양환경안전학회지
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• 제26권5호
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• pp.551-560
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• 2020

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.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권4호
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• pp.221-228
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• 2019

해수의 유속과 전기 부하에 따른 쉬라우드 조류발전 시스템의 유동장 특성과 발전 성능 분석을 위하여 회류수조를 이용한 축소모형실험을 수행하였다. 발전기에 연결되는 전기 부하에 대하여 터빈 블레이드의 분당 회전수와 발전기의 전압, 전류를 동시에 측정하여 전기적 출력을 계산하였으며 일정한 유속 조건에서 부하에 따라 큰 차이가 나타났다. 전기 부하가 감소함에 따라 터빈의 분당 회전수는 특정 구간에서 급격히 증가하였고, 평균 약 2배 정도 증가하였다. 또한 부하의 감소와 함께 전력이 급격히 상승하였고, 일정 구간에서 최대 전력지점을 보인 후 낮아지게 된다. 이와 함께 실험 유속이 증가함에 따라 높은 전기 부하에서 최대 전력지점이 나타났다. 이러한 유속 조건과 전기적 부하에 따른 쉬라우드 조류발전 시스템의 유동장 특성과 발전 성능 분석에 대한 결과는 효율적인 쉬라우드 조류발전 시스템 개발에 필요한 기초 자료가 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국항해항만학회지
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• 제38권1호
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• pp.39-44
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• 2014

최근 전 세계적으로 고유가 상황이 지속됨에 따라 신재생에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그중 해양에너지는 그 양이 매우 많고 밀도가 높기 때문에 활용성이 높다. 특히 우리나라의 경우 삼면이 바다로 둘러싸여있기 때문에 해양에너지원이 매우 풍부하다. 본 논문은 해양에너지를 전력으로 변환하는 시스템중 하나인 방파제형 파력발전 시스템에 수평판 설치를 통한 발전 효율 향상에 관하여 서술하였다. 기존의 방파제형 파력발전 상부에 수평판을 설치함으로써 시스템의 전력변환효율을 향상시킬 수 있으나 아직까지 국내에서는 이에 대한 연구가 미흡하다. 본 논문에서는 조파수조 실험을 통하여 수평판이 방파제형 파력발전 시스템에 미치는 영향에 대해 분석하고, 본 시스템에 적합한 수평판 설치에 대해 제안한다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제12권1호
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• pp.241-257
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• 2020

The rapid proliferation of oil/gas drilling and wind turbine installations with jack-up rig-formed structures increases structural safety requirements, due to the greater risks of operational collisions during use of these structures. Therefore, current industrial practices and regulations have tended to increase the required accidental collision design loads (impact energies) for jack-up rigs. However, the existing simplified design approach tends to be limited to the design and prediction of local members due to the difficulty in applying the increased uniform impact energy to a brace member without regard for the member's position. It is therefore necessary to define accidental load estimation in terms of a reasonable collision scenario and its application to the structural response analysis. We found by a collision probabilistic approach that the kinetic energy ranged from a minimum of 9 MJ to a maximum 1049 MJ. Only 6% of these values are less than the 35 MJ recommendation of DNV-GL (2013). This study assumed and applied a representative design load of 196.2 MN for an impact load of 20,000 tons. Based on this design load, the detailed design of a leg structure was numerically verified via an FE analysis comprising three categories: linear analysis, buckling analysis and progressive collapse analysis. Based on the numerical results from this analysis, it was possible to predict the collapse mode and position of each member in relation to the collision load. This study provided a collision strength assessment between attendant vessels and a jack-up rig based on probabilistic collision scenarios and nonlinear structural analysis. The numerical results of this study also afforded reasonable evaluation criteria and specific evaluation procedures.

• 대한조선학회논문집
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• 제60권5호
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• pp.375-387
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• 2023

The subsea power cables are increasingly important for harvesting renewable energies as we develop offshore wind farms located at a long distance from shore. Particularly, the continuous flexural motion of inter-array dynamic power cable of floating offshore wind turbine causes tremendous fatigue damages on the cable. As the subsea power cable consists of the helical structures with various components unlike a mooring line and a steel pipe riser, the fatigue analysis of the cables should be performed using special procedures that consider stick/slip phenomenon. This phenomenon occurs between inner helically wound components when they are tensioned or compressed by environmental loads and the floater motions. In particular, Vortex-induced vibration (VIV) can be generated by currents and have significant impacts on the fatigue life of the cable. In this study, the procedure for VIV fatigue analysis of the dynamic power cable has been established. Additionally, the respective roles of programs employed and required inputs and outputs are explained in detail. Demonstrations of case studies are provided under severely sheared currents to investigate the influences on amplitude variations of dynamic power cables caused by the excitation of high mode numbers. Finally, sensitivity studies have been performed to compare dynamic cable design parameters, specifically, structural damping ratio, higher order harmonics, and lift coefficients tables. In the future, one of the fundamental assumptions to assess the VIV response will be examined in detail, namely a narrow-banded Gaussian process derived from the VIV amplitudes. Although this approach is consistent with current industry standards, the level of consistency and the potential errors between the Gaussian process and the fatigue damage generated from deterministic time-domain results are to be confirmed to verify VIV fatigue analysis procedure for slender marine structures.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제16권5호
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• pp.55-66
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• 2015

우리나라 남서해안의 조차는 지역에 따라 3~8m까지 발생하며 이 지역의 풍력기초들은 조류의 다양한 흐름에 의한 세굴로 전체 구조물에 예상치 못한 진동에 의한 장기적인 불안정성이 야기될 수 있다. 본 연구에서는 흐름방향을 고려할 수 있도록 개선된 관수로식 수리저항성능 실험기를 이용하여 압밀압력과 흐름방향의 변화가 지반의 수리저항성능에 미치는 영향을 검토하였다. 실험결과 양방향 흐름에 노출된 시료의 세굴률이 일방향 흐름에서보다 크며, 한계전단응력은 감소하여 세굴에 더욱 취약해지는 것으로 나타났다. 또한 압밀압력이 증가함에 따라 세립질 토사의 한계전단응력과 같은 수리저항특성은 증가하여 세굴에 대한 저항성이 증가하나 조립토의 수리저항 성능은 크게 변화하지 않았다. 지반공학적 특성과 수리저항특성의 상관관계를 검토한 결과, 비배수전단강도는 한계전단응력과 비례관계이며 세립토 및 조립토의 흙 분류와 관계없이 하나의 상관관계로 효과적으로 한계전단응력을 예측할 수 있는 것으로 나타났으며 전단파 속도는 한계전단응력과 비례관계에 있으며 조립토와 세립토의 영역에 따라 비교적 명확히 구분되었다.