• Ocean Systems Engineering
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• 제10권4호
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• pp.373-397
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• 2020

Heave compensation is a vital part of various marine and offshore operations. It is used in various applications, including the transfer of cargo between two vessels in the open ocean, installation of topsides of an offshore structure, offshore drilling and for surveillance, reconnaissance and monitoring. These applications typically involve a load suspended from a hydraulically powered winch that is connected to a vessel that is undergoing dynamic motion in the ocean environment. The goal in these applications is to design a winch controller to keep the load at a regulated height by rejecting the net heave motion of the winch arising from ship motions at sea. In this study, we analyze and compare the performance of various control algorithms in stabilizing a suspended load while the vessel is subjected to changing sea conditions. The KCS container ship is chosen as the vessel undergoing dynamic motion in the ocean. The negative of the net heave motion at the winch is provided as a reference signal to track. Various control strategies like Proportional-Derivative (PD) Control, Model Predictive Control (MPC), Linear Quadratic Integral Control (LQI), and Sliding Mode Control (SMC) are implemented and tuned for effective heave compensation. The performance of the controllers is compared with respect to heave compensation, disturbance rejection and noise attenuation.

• International Journal of Ocean System Engineering
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• 제3권2호
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• pp.68-76
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• 2013

In this study, a 3D numerical model was used to predict nonlinear wave forces on a cylindrical pile installed in a shallow water region. The model was based on solving the viscous and incompressible Navier-Stokes equations for a two-phase flow (water and air) model and the volume of fluid method for treating the free surface of water. A new application was developed based on the cut-cell method to allow easy installation of complicated obstacles (e.g., bottom geometry and cylindrical pile) in a computational domain. Free-surface elevation, water particle velocities, and inline wave forces were calculated, and the results show good agreement with experimental data obtained by the Danish Hydraulic Institute. The simulation results revealed that the proposed model can, without the use of empirical formulas (i.e., Morison equation) and additional wave analysis models, reliably predict non-linear wave forces on an offshore wind turbine foundation installed in a shallow water region.

• 대한조선학회논문집
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• 제56권3호
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• pp.211-216
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• 2019

In order to utilize the marine environment in various fields such as renewable energy and offshore plant, it is necessary to utilize the far and deep ocean. However, there is still a limit to overcome and utilize the extreme deep-sea environment. Currently, the mooring system, which is the representative position control method of floating structure, has a structural and economic limit to expand the installation range to extreme deep-sea environment. Research has been conducted to utilize wave energy by developing floater using flapping foil as an alternative for station keeping in the deep sea by University of Ulsan. Based on the research, a model test was conducted for application to actual structures. In this study, we investigate how the floating body with passive flapping foils move in regular waves with different periods and study the condition of the model that can maintain its position within a certain range by overcoming the movement.

• 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.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권5호
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• pp.453-460
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• 2017

해양구조물 등에서 해상 현장과 육상시설 사이에 물자나 운용 인력을 수송하기 위한 수단으로 헬리콥터가 주로 이용된다. 헬리데크는 헬리콥터가 해양구조물에 착륙하기 위해 필수적으로 탑재되는 구조물로서, 해양구조물의 종류나 탑재되는 위치 등에 따라 다양한 형태의 헬리데크가 존재한다. 그 중에서 캔틸레버식 헬리데크는 해양구조물의 탑사이드 공간 확보에 용이하며, 헬리콥터와의 충돌 등의 미연의 사고로부터 보다 안전하다. 본 논문에서는 캔틸레버식 헬리데크를 연구대상으로 선정하고, 이를 구성하고 있는 하부 트러스 구조에 대해서 위상 최적설계를 적용하였다. 또한 상용 구조해석 프로그램을 이용하여 유한요소 모델을 생성하고, 다양한 착륙 상황과 풍하중을 적용하여 구조해석을 수행하였다. 이를 바탕으로 헬리데크의 각 구조 부재에 발생하는 응력이 사용 재료의 허용응력을 넘지 않도록 부재의 세부 단면 치수를 결정하여, 보다 안전하면서도 경량화된 헬리데크 설계를 얻을 수 있다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2012년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.330-335
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• 2012

A Bus Trunk System for Wind Tower is introduced. A marine cable has been widely used in wind tower or other offshore structure. However, as the electric load capacity is getting increased, the large number of cable lines should be used to cover such a huge amount of electric capacities, which makes the installation make quite difficult due to the heavy weight and volume of the present cables. On the other hand, by using a single bus trunk system line, the power capacity amount of 16 number of cable can be delivered with significant compactness. However, unlike flexible cable, the bus trunk is relatively stiff which could arise resonance phenomenon in the operating condition of wind tower, therefore, the vibration characteristics of bus trunk should be investigated and verify its long-term reliability during the life time of the wind tower.

• Smart Structures and Systems
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• 제15권2호
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• pp.245-258
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• 2015

A methodology based on distributed fiber optic sensors is proposed to detect the lateral buckling for subsea pipelines in this study. Uncontrolled buckling may lead to serious consequences for the structural integrity of a pipeline. A simple solution to this problem is to control the formation of lateral buckles among the pipeline. This firms the importance of monitoring the occurrence and evolution of pipeline buckling during the installation stage and long-term service cycle. This study reports the experimental investigations on a method for distributed detection of lateral buckling in subsea pipelines with Brillouin fiber optic sensor. The sensing scheme possesses the capability for monitoring the pipeline over the entire structure. The longitudinal strains are monitored by mounting the Brillouin optical time domain analysis (BOTDA) distributed sensors on the outer surface of the pipeline. Then the bending-induced strain is extracted to detect the occurrence and evolution of lateral buckling. Feasibility of the method was validated by using an experimental program on a small scale model pipe. The results demonstrate that the proposed approach is able to detect, in a distributed manner, the onset and progress of lateral buckling in pipelines. The methodology developed in this study provides a promising tool for assessing the structural integrity of subsea pipelines.

• 한국융합학회논문지
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• 제12권3호
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• pp.187-196
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• 2021

본 연구에서는 해양플랜트의 플로트오버 설치 작업을 위해 개발된 능동형 갑판지지 프레임(Deck support frame, DSF)의 구조설계에 대해 직교배열실험 방법을 이용한 민감도해석과 다양한 근사모델의 적용에 따른 설계공간의 근사화 특성에 관한 비교연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 효율적인 최적설계안 탐색과 높은 정확도의 근사모델을 생성할 수 있는 직교배열실험 기반의 설계 방법론을 제안하는 것이다. 설계인자는 주요 구조부재의 두께 치수를 적용하였고, 응답함수는 중량과 강도성능을 선정하였다. 직교배열실험을 이용하여 설계인자 별 응답함수에 대해 정량적인 영향도가 분석되었고, 최소중량설계를 실현할 수 있는 최상 설계조건이 탐색되었다. 직교배열실험 결과로부터 반응표면 모델, 크리깅 모델, 체비쇼프 직교 다항식 모델, 그리고 방사기저함수 신경망 모델과 같은 다양한 근사모델이 생성되었다. 근사모델의 결과를 통해 직교배열실험 결과의 타당성을 검증하였으며, 능동형 DSF의 설계공간에 대해 방사기저함수 신경망 모델이 가장 높은 정확도로 근사화할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권10호
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• pp.5-19
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• 2020

해상(또는 수상) 구조물 시공수요가 증가됨에 따라 해양구조물 시공을 용이하게 하는 임시구조물 수요가 증가하고 있다. 가물막이(cofferdam)는 임시구조물로 해상 작업 시 외부로부터 물을 막아 육상과 동일한 작업환경을 제공한다. 하지만, 물 유입을 차단하기 위한 별도의 시공공정이 필요하기 때문에 공사지연과 건설비 증가의 주원인이 되고 있다. 최근 재래식 가물막이의 문제점을 해결하고 경제성을 높이기 위해 석션압(suction pressure)을 이용해 신속하고 경제적으로 시공이 가능한 대구경 원형강관 가물막이 공법이 제안되었다. 본 공법은 원형강관 가물막이 상부가 수면위로 노출된 상태에서 석션압을 이용해 해저면에 관입되고, 시공 후 내부의 물을 외부로 배출하여 강관자체를 가물막이로 활용한다. 본 연구에서는 원형강관 가물막이 공법을 검증하기 위해 직경 5m인 원형강관 가물막이를 제작하고 새만금 지역에서 실증실험을 실시하였다. 실험 중 원형 강관에 작용하는 석션압, 연결부 누수유무, 수직도(경사도), 구조체의 변형을 각각 계측하였으며 실험결과를 분석하였다. 본 연구를 통해 석션압을 이용한 원형강관 가물막이 공법을 검증하였으며, 석션 설치공법이 다양한 해양 구조물 시공에 활용 될 수 있음을 확인하였다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제24권1호
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• pp.31-43
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• 2021

In this study, approximate design optimization using various meta-models was performed for the structural design of active type deck support frame. The active type deck support frame was newly developed to facilitate both transportation and installation of 20,000 ton class offshore plant topside. Structural analysis was carried out using the finite element method to evaluate the strength performance of the active type deck support frame in its initial design stage. In the structural analysis, the strength performances were evaluated for various design load conditions that were regulated in ship classification organization. The approximate optimum design problem based on meta-model was formulated such that thickness sizing variables of main structure members were determined by achieving the minimum weight of the active type deck support frame subject to the strength performance constraints. The meta-models used in the approximate design optimization were response surface method, Kriging model, and Chebyshev orthogonal polynomials. The results from approximate design optimization were compared to actual non-approximate design optimization. The Chebyshev orthogonal polynomials among the meta-models used in the approximate design optimization represented the most pertinent optimum design results for the structure design of the active type deck support frame.