• 한국해양공학회지
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• 제28권2호
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• pp.133-139
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• 2014

Offshore wind turbines have been constructed extensively throughout the world. These turbines are subjected to approximately $10^8$ horizontal load cycles produced from wind, waves, and current during their lifetimes. Therefore, the accumulated displacement of the foundation under horizontal cyclic loading has significant effects on the foundation design of a wind turbine. Akili(2006) and Achmus et al.(2009) performed cyclic triaxial tests on dry sands and proposed an empirical model for predicting the accumulated plastic strain of sands under long-term cyclic loading. In this study, cyclic triaxial tests were performed to analyze the cyclic loading behaviors of dry sands. A total of 27 test cases were performed by varying three parameters: the relative density of the sands, cyclic load level, and confining stress. The test results showed that the accumulated plastic strain increased with an increase in the cyclic load level and a decrease in the relative density of the sand. The confining stress had less effect on the plastic strain. In addition, the plastic strain at the 1st loading cycle was about 57% of the accumulated strain at 1,000 cycles. Finally, the input parameters of the empirical models of Akili(2006) and Achmus et al.(2009) were evaluated by using the relative density of the sand and the cyclic load level.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제12권1호
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• pp.213-225
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• 2020

Floating Offshore Wind Turbines (FOWT) installed in the deep sea regions where stable and strong wind flows are abundant would have significantly improved energy production capacity. When designing FOWT, it is essential to understand the stability and motion performance of the floater. Water tank model tests are required to evaluate these aspects of performance. This paper describes a model test and numerical simulation for a 750-kW semi-submersible platform wind turbine model-II. In the previous model test, the 750-kW FOWT model-I suffered slamming phenomena from extreme wave conditions. Because of that, the platform freeboard of model-II was increased to mitigate the slamming load on the platform deck structure in extreme conditions. Also, the model-I pitch Response Amplitude Operators (RAO) of simulation had strong responses to the natural frequency region. Thus, the hub height of model-II was decreased to reduce the pitch resonance responses from the low-frequency response of the system. Like the model-I, 750-kW FOWT model-II was built with a 1/40 scale ratio. Furthermore, the experiments to evaluate the performance characteristics of the model-II wind turbine were executed at the same location and in the same environment conditions as were those of model-I. These tests included a free decay test, and tests of regular and irregular wave conditions. Both the experimental and simulation conditions considered the blade rotating effect due to the wind. The results of the model tests were compared with the numerical simulations of the FOWT using FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence) code from the National Renewable Energy Laboratory (NREL).

• Wind and Structures
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• 제21권6호
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• pp.641-656
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• 2015

Using large monopod bucket foundations as an alternative to monopiles for offshore wind turbines offers the potential for large cost savings compared to typical piled foundations. In this paper, numerical simulations are carried out to assess the risk of structural buckling during installation of large-diameter bucket foundations. Since shell structures are generally sensitive to initially imperfect geometries, eigenmode-affine imperfections are introduced in a nonlinear finite-element analysis. The influence of modelling the real lid structure compared to classic boundary conditions is investigated. The effects of including soil restraint and soil-structure interaction on the buckling analysis are also addressed.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.21-31
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• 2014

최근 전 세계적으로 화석연료 고갈에 대비하여 신재생에너지에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 특히, 해상풍력발전기는 경제성 측면에서 매우 뛰어난 기술로 알려져 있다. 그런데, 해상 풍력발전기는 바람과 풍력 하중 때문에 저면에 큰 모멘트가 발생하므로 대구경 모노파일을 적용하는 것이 필요하다. 이 때, 대구경 말뚝을 경제적으로 설계하려면 기초구조물의 강성이 타워의 최대 모멘트 값에 미치는 영향을 고려하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 기초구조물 강성을 산정할 때 모노파일의 대구경 효과를 정밀히 고려하기 위하여 3차원 유한요소해석을 수행하고, 기존의 p-y 해석법에 의한 강성산정 결과와 비교하였다. 본 연구에 적용한 예제의 해석결과, 기초구조물의 강성 산정방법에 따른 말뚝두부 최대 모멘트 값의 변화는 크지 않았지만 말뚝두부 최대 기울어짐 각의 경우 유한요소해석법이 p-y 해석법에 비하여 14% 증가하는 것으로 나타났다. 그러므로, 기울어짐 각이 성능수준에 영향을 미치는 경우 유한요소해석법을 적용하여 기초강성 효과를 정밀하게 고려하는 것이 필요한 것으로 판단된다.

• Wind and Structures
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• 제29권6호
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• pp.431-440
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• 2019

The aim of this study was to explore the influence of structure coupling effect on structural damping of blade based on the blade vibration characteristic. For this purpose, the scaled blade model of NREL 5 MW offshore wind turbine was processed and employed in the wind tunnel test to validate the reliability of theoretical and numerical models. The attenuation curves of maximum displacement and the varying curves of equivalent damping coefficient of the blade under the rated condition were respectively compared and analyzed by constructing single blade model and whole machine model. The attenuation law of blade dynamic response was obtained and the structure coupling effect was proved to exert a significant influence on the equivalent damping coefficient. The results indicate that the attenuation trend of the maximum displacement response curve of the single blade varies more obviously with the increase of elastic modulus as compared to that under the structure coupling effect. In contrast to the single blade model, the varying curve of equivalent damping coefficient with the period is relatively steep for the whole machine model. The findings are of great significance to guide the structure design and material selection for wind turbine blades.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권6호
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• pp.73-81
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• 2012

해상풍력시스템의 규모가 점차적으로 증가하고 있는 추세에 따라 상부구조물을 지지하는 기초구조물 안정성 확보의 중요성이 대두되고 있다. 이에 따라, 지반공학적 측면에서 기초구조물과 지반의 상호작용이 전체 시스템에 미치는 영향을 파악하기 위한 해석방안이 요구되고 있으며, p-y 곡선 모델의 적용이 대표적인 방법이다. 본 연구에서는 풍황이 우수하여 해상풍력발전 시스템 운영을 위한 대상지로써 적합하다고 알려져 있는 제주도 해저지반(현무암)의 공학적 특성을 현재까지 제안된 암반 p-y 곡선 모델에 적용하였다. 이를 통해 제주도 및 국내 암반 분포 지역에 대한 해상풍력시스템 기초구조물과 해저암반 간의 상호작용 해석 과정을 정리하고 향후 연구 방향을 제안하였다. 전반적으로 암반 p-y 곡선 산정결과는 지표면에 근접할수록 지반반력이 증가하는 경향을 나타냈으며, 말뚝에 작용하는 모멘트, 전단력 등을 분석한 결과 암반의 공학적 특성을 적절히 모사할 수 있음을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권3호
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• pp.307-320
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• 2013

기존 해상풍력발전 지지구조물의 단점을 보완한 신형식의 파일 기초 하이브리드 지지구조물을 본 연구에서 제안하였다. 이 지지구조는 콘크리트 자중을 이용한 중력식 기초의 개념으로부터 수정되어 4개의 파일로 지지되며, 강재 샤프트와 원추형 콘크리트가 결합된 하이브리드 형식이다. 규모가 크고 두꺼운 콘크리트의 3차원 해석을 위해, 정확한 기하형상 모델링과 응력의 절점 보간이 가능한 솔리드-쉘 입체요소를 개발하였다. 해양구조물 전용 유한요소 프로그램인 XSEA에 탑재된 솔리드-쉘 요소와 Stream Function 파랑 이론을 적용하여, 제안한 하이브리드 지지구조물에 대해 서남해안 지역의 환경조건을 적용한 준정적 해석 및 고유진동수 해석을 실시하였다. 해석결과, 수평변위가 허용변위 이내로 나타났고, 고유진동수 해석을 통해 하이브리드 구조형식의 동적거동에 대한 우수성을 입증하였다. 결과적으로, 파일지지 하이브리드 지지구조물은 우리나라 서남해안 지역과 같이 연약지반에 적용 할 수 있는 충분한 안정성을 가진 것으로 평가 되었고, 각 부재에 대한 최적화 연구를 통해 경제성 확보가 가능한 것으로 검토되었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권5호
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• pp.535-541
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• 2019

본 연구는 해상풍력발전단지 내 어업의 가능성을 살펴보고자, 어구 및 어법이 해상풍력발전단지 내 터빈과 해저케이블에 미치는 위험도를 평가하였다. 서남해 해상풍력발전단지를 연구 대상 해역으로 설정하여, 주변 국가어항의 선박 현황을 조사하였다. 어선의 현황을 참조하여 22개의 어구 및 어법에 대하여 위험도 평가 기준을 설정하고, 전문가를 통해 위험도를 평가하였다. 위험도가 낮아 해상풍력발전단지 내에서도 조업이 가능하다고 판단되는 어구 및 어법은 외줄낚시, 대낚시, 멸치챗배였으며, 위험도가 보통으로서 조업이 가능하기는 하나, 주의가 필요하다고 생각되는 어구 및 어법은 바닥주낙, 뜬주낙, 끌낚시, 오징어채낚기, 문어단지, 주꾸미소호, 연안통발, 주목망, 낭장망, 고정자망, 유자망이었다. 위험도가 높아 해상풍력발전단지 내 조업이 어렵다고 판단되는 어구 및 어법은 형망, 빔트롤, 건착망류였으며, 위험도가 아주 높아 해상풍력발전단지 내 어업이 허용되기 어렵다고 판단되는 어구 및 어법은 안강망, 기선권현망, 오터트롤, 외끌이기선저인망, 쌍끌이기선저인망이었다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제10권1호
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• pp.9-20
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• 2018

Due to integrated stochastic wind and wave loads, the supporting platform of a Floating Offshore Wind Turbine (FOWT) has to bear six Degrees of Freedom (DOF) motion, which makes the random cyclic loads acting on the structural components, for instance the tower base, more complicated than those on bottom-fixed or land-based wind turbines. These cyclic loads may cause unexpected fatigue damages on a FOWT. This paper presents a study on short-term fatigue damage at the tower base of a 5 MW FOWT with a spar-type platform. Fully coupled time-domain simulations code FAST is used and realistic environment conditions are considered to obtain the loads and structural stresses at the tower base. Then the cumulative fatigue damage is calculated based on rainflow counting method and Miner's rule. Moreover, the effects of the simulation length, the wind-wave misalignment, the wind-only condition and the wave-only condition on the fatigue damage are investigated. It is found that the wind and wave induced loads affect the tower base's axial stress separately and in a decoupled way, and the wave-induced fatigue damage is greater than that induced by the wind loads. Under the environment conditions with rated wind speed, the tower base experiences the highest fatigue damage when the joint probability of the wind and wave is included in the calculation. Moreover, it is also found that 1 h simulation length is sufficient to give an appropriate fatigue damage estimated life for FOWT.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권6호
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• pp.658-665
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• 2019

신재생 에너지 자원중 풍력발전은 비약적인 기술 발전과 시장 규모가 급속하게 성장하고 있다. 최근 육상풍력발전단지의 공간적 한계, 환경 문제 등으로 인하여 설치 공간이 해상으로 이동되었고, 더욱 풍부한 풍황 조건을 가진 깊은 수심에 설치되는 부유식 해상풍력단지의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 해상교통관점에서 해상풍력단지의 최적위치 선정은 선박과 풍력기들의 간섭을 최소화 하고 사고 확률이 적은 곳이며, 선박 밀집도가 낮은 해역이 최적위치로 선정된다. 본 연구에서는 유전 알고리즘 기반의 계절별 1주일 기간 선박자동식별장치 데이터를 유전자 및 염색체로 구성하였다. 80개의 유전자로 구성하고 유전 알고리즘의 적합도 평가를 거쳐 부유식 해상풍력단지의 계절별 최적위치를 선정하였다. 더 나아가 계절별 최적위치 점수를 합산하여 최종 최적위치를 선정하였다. 분석 해역에서 최적위치는 11개로 나타났으며, 해상교통관점에서 유전 알고리즘을 통한 최적위치 선정이 적용 가능함을 확인하였다.