• Ocean Systems Engineering
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• 제14권2호
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• pp.171-210
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• 2024

This paper focuses on the rigorous and holistic fatigue analysis of mooring chains for a deep draft semi-submersible platform in the challenging environment of the central Gulf of Mexico (GoM). Known for severe hurricanes and strong loop/eddy currents, this region significantly impacts offshore structures and their mooring systems, necessitating robust designs capable of withstanding extreme wind, wave and current conditions. Wave scatter and current bin diagrams are utilized to assess the probabilistic distribution of waves and currents, crucial for calculating mooring chain fatigue. The study evaluates the effects of Vortex Induced Motion (VIM), Out-of-Plane-Bending (OPB), and In-Plane-Bending (IPB) on mooring fatigue, alongside extreme single events such as 100-year hurricanes and loop/eddy currents including ramp-up and ramp-down phases, to ensure resilient mooring design. A detailed case study of a deep draft semi-submersible platform with 16 semi-taut moorings in 2,500 meters of water depth in the central GoM provides insights into the relative contributions of wave scatter diagram, VIMs from current bin diagram, the combined stresses of OPB/IPB/TT and extreme single events. By comparing these factors, the study aims to enhance understanding and optimize mooring system design for safety, reliability, and cost-effectiveness in offshore operations within the central GoM. The paper addresses a research gap by proposing a holistic approach that integrates findings from various contributions to advance current practices in mooring design. It presents a comprehensive framework for fatigue analysis and design optimization of mooring systems in the central GoM, emphasizing the critical importance of considering environmental conditions, OPB/IPB moments, and extreme single events to ensure the safety and reliability of mooring systems for offshore platforms.

• Wind and Structures
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• 제5권2_3_4호
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• pp.141-150
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• 2002

Numerical simulations based on the ALE finite element method are carried out to examine the aerodynamics of an oscillating circular cylinder when the separated shear flows around the cylinder are stimulated by periodic jet excitation with a shear layer instability frequency. The excitation is applied to the flows from two points on the cylinder surface. The numerical results showed that the excitation with a shear layer instability frequency can reduce the negative damping and thereby stabilize the aerodynamics of the oscillating cylinder. The change of the lift phase seems important in stabilizing the cylinder aerodynamics. The change of lift phase is caused by the merger of the vortices induced by the periodic excitation with a shear layer instability frequency, and the vortex merging comes from the high growth rate, the rapid increase of wave number and decrease of phase velocity for the periodic excitation in the separated shear flows.

• 해양환경안전학회지
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• 제20권2호
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• pp.247-258
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• 2014

본 연구에서는 조간대가 발달한 우리나라 전북 서해안의 구시포 해안에서 연안류에 미치는 외력성분을 평가하기 위하여 조석 조류 및 파에 의한 해빈류를 고려한 복합해수유동모형을 구축하였다. 구축된 모형에서 조석 조류는 EFDC 모형, 파랑은 SWAN 모형, 그리고 해빈류는 SHORECIRC 모형을 사용하였다. 이 수치모형의 적용성을 검토하기 위하여, 현지에서 조석 조류와 입사파를 현장관측하였고 인근 기상관측소의 바람자료를 조사하였다. 그리고 현지의 조간대에서 GPS를 장착한 경량 Drogue의 추적실험을 수행하고 연안류 성분을 추출하였다. 또한 현장관측조건에 맞추어 수치모형에 의한 수치 Drogue 추적실험을 수행하고 그 결과를 관측치와 비교 검토하였다. 그 결과, 수치 Drogue의 이동속도는 현장자료에 대해 68.0~105.2 %의 범위로서 재현되었으며, 주류성분의 오차는 - 16.7~ +10.0 %로서 양호하였다. 그리고 연안류 성분은 주로 바람과 조류가 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 해저경사가 아주 완만하여 쇄파대폭이 넓은 조간대에서 입사파고가 작은 파가 내습하는 경우의 해빈류는 연안류의 흐름에 미치는 영향이 미약한 것으로 분석되었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제19권3호
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• pp.194-202
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• 2016

본 연구에서는 10 MW급 부유식 파력-풍력 복합발전 시스템의 플랫폼 초기 개념설계를 위해 유한요소해석 기반 위상 최적화를 검토하였다. 실제 파력-풍력 복합발전 시스템 플랫폼의 위상최적화를 수행하기 전에 단순화된 구조설계 문제를 이용하여 효율적인 위상최적화 이론을 확인하고자 밀도법과 균질화설계법의 두 가지 위상최적화 이론을 적용하였다. 단순화된 설계 문제의 결과로부터 균질화설계법 이론을 파력-풍력 복합발전 시스템의 플랫폼 위상최적화에 적용하였다. 파력-풍력 복합발전 시스템의 플랫폼 개념설계를 위해서 유한요소해석 모델을 생성하고 설치해역의 해양환경하중을 고려하여 구조해석을 수행하였다. 설계파 및 조류와 같은 해양환경하중으로부터 기인하는 플랫폼 상의 압력과 계류삭의 인장력을 산출하기 위하여 동수력학 해석을 수행하였다. 구조해석을 위한 하중조건은 부유체 동수력학 해석으로부터의 결과와 파력-풍력 복합발전 시스템 중량을 고려하였고, 경계조건은 관성제거법을 사용하여 구현하였다. 밀도법 기반 파력-풍력 복합발전 시스템 플랫폼의 위상최적화 결과로부터 개념설계 단계에서 주요 구조부재의 배치방안을 제시하였다. 본 연구결과로부터 위상최적화는 부유식 파력-풍력 복합발전 시스템과 같은 새로운 형식의 해양구조물 개발에 있어서 주요 구조부재 배치의 개념설계에 대해 유용한 설계도구임을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.465-480
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• 2020

2012년 남해안에 내습한 태풍 산바에 의해 발생한 폭풍해일과 파랑을 JMA-MSM 예보기상자료, NCEP-CFSR 재분석 기상자료, ECMWF-ERA5 재분석 기상자료, JTWC의 최적경로를 이용한 기상자료를 이용하여 수치모의하고, 계산된 해일고를 전국 해안의 항만에서 관측된 폭풍해일 시계열 자료와 비교하였으며, 파랑에 대해서는 계산된 유의파고를 해상 부이 및 수압식 파고 관측 자료와 비교하였다. 이 비교를 통해 태풍 산바에 대한 각종 기상장의 신뢰도를 평가하였다. 그 결과 JMA-MSM 기상자료와 NCEP-CFSR 기상자료가 가장 신뢰도가 높았고, ECMWF-ERA5 기상자료는 전반적으로 해일고나 파고의 크기가 작게 나타났으나, 태풍 전면부의 수렴대는 가장 잘 재현하는 것으로 나타났다. JTWC의 최적경로를 이용한 기상자료는 신뢰도가 가장 낮게 나타났다.

• 한국항해항만학회지
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• 제32권1호
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• pp.15-22
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• 2008

바다에서 운항하는 선박은 바람과 파도 등의 외란 때문에 횡동요(Rolling), 종동요(Pitching), 상하동요(Heaving) 등의 운동을 하게 되며, 이러한 운동은 가속도 형태로 승객이 느끼게 된다. 따라서, 선박내의 특정 지점에서 좌우방향, 상하방향 가속도와 각속도 등을 계측하면 선원 또는 승객이 선박 운동에 어느 정도 피폭되었는가를 알 수 있다. 본 연구에서 개발한 운동 운항환경 모니터링 시스템은 4개의 가속도계와 가속도계, 자이로가 포함된 관성 자세계측장치, 데이터 취득장치를 포함한 계측 및 통신부, 중앙에서 데이터를 관리하고, 운항환경 지수를 계산하는 전산기로 구성되고, 계측된 가속도와 각속도를 이용하여 운항환경을 나타내는 정량적 지수인 뱃멀미 지수(Motion Sickness Incidence, MSI), 운동유발 작업방해회수(Motion Induced Interrupt, MII)를 실시간으로 계산한다. 개발된 시스템은 한국해양대학교 실습선인 한나라호의 부산-목포, 부산-제주 연안항해시 실선시험을 통하여 유효성을 확인하였다.

• 대기
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• 제34권2호
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• pp.153-176
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• 2024

At 0843 UTC 30 May 2021, a commercial aircraft encountered severe turbulence at z = 11.5 km associated with the rapid development of Mesoscale Convective System (MCS) in the Gyeonggi Bay of Korea. To investigate the generation mechanisms of Near-Cloud Turbulence (NCT) near the MCS, Weather Research and Forecasting model was used to reproduce key features at multiple-scales with four nested domains (the finest ∆x = 0.2 km) and 112 hybrid vertical layers. Simulated subgrid-scale turbulent kinetic energy (SGS TKE) was located in three different regions of the MCS. First, the simulated NCT with non-zero SGS TKE at z = 11.5 km at 0835 UTC was collocated with the reported NCT. Cloud-induced flow deformation and entrainment process on the downstream of the overshooting top triggered convective instability and subsequent SGS TKE. Second, at z = 16.5 km at 0820 UTC, the localized SGS TKE was found 4 km above the overshooting cloud top. It was attributed to breaking down of vertically propagating convectively-induced gravity wave at background critical level. Lastly, SGS TKE was simulated at z = 11.5 km at 0930 UTC during the dissipating stage of MCS. Upper-level anticyclonic outflow of MCS intensified the environmental westerlies, developing strong vertical wind shear on the northeastern quadrant of the dissipating MCS. Three different generation mechanisms suggest the avoidance guidance for the possible NCT events near the entire period of the MCS in the heavy air traffic area around Incheon International Airport in Korea.

• International Union of Geodesy and Geophysics Korean Journal of Geophysical Research
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• 제23권1호
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• pp.18-33
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• 1995

동쪽 연안지역에서 큰 경사를 갖인 산맥위를 흘러가는 종관규모의 서풍하에서 내부 중력파와 같은 강한 하강폭풍이 산의 후면에서 발생되어 진다. 주간에 해양에서 내륙으로 향하는 중규모의 열적 강화에 의해 유도되는 해풍순환이 동쪽으로 향하는 내부중력파에 기인하여 연안의 앞바다까지만 국한된다. 따라서 연안해 근처의 표층풍은 외해나 내륙의 위치에서보다 상대적으로 더 약하다. 명백하게 서풍의 내부중력파순환파 해면 근처에서 동풍 및 상층에서 서풍을 갖는 해풍순환과 같은 두개의 상이한 종류의 대기순환이 뚜렷하게 나타났다. 이런 상황에서 강릉시에서의 대기오염물질은 반대 방향의 두개의 상이한 순환에 의해 갇히게 되고 부유분진과 오존의 고농도가 초래되었다. 야간에 육지에서 연안해로 향하는 중규모의 육풍은 기존의 동쪽으로 향하는 하강풍과 협력하여 연안지역에서 서풍의 더욱 강화를 유도할 수 있었다. 산쪽에서 연안해로 향하여 부는 강한 표층풍에 의해 조절되는 부유분진의 농도는 추간의 경우보다 야간에 비교적 더 높았으며, 상층대기로 부터 지표면으로 오존의 하양수송에 기인하여 오존의 농도가 주간보다 야간에 매우 높았다. 결과로 바람폭풍하의 산악연안지역에서 대기오염농도는 바람푹풍 전.후보다 더 높았다.

• 대기
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• 제16권4호
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• pp.303-318
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• 2006

A parameterization of gravity wave drag induced by cumulus convection (GWDC) proposed by Chun and Baik is implemented in the KMA operational global NWP model (GDAPS), and effects of the GWDC on the forecast for July 2005 by GDAPS are investigated. The forecast result is compared with NCEP final analyses data (FNL) and model's own analysis data. Cloud-top gravity wave stresses are concentrated in the tropical region, and the resultant forcing by the GWDC is strong in the tropical upper troposphere and lower stratosphere. Nevertheless, the effect of the GWDC is strong in the mid- to high latitudes of Southern Hemisphere and high latitudes of Northern Hemisphere. By examining the effect of the GWDC on the amplitude of the geopotential height perturbation with zonal wavenumbers 1-3, it is found that impact of the GWDC is extended to the high latitudes through the change of planetary wave activity, which is maximum in the winter hemisphere. The GWDC reduces the amplitude of zonal wavenumber 1 but increases wavenumber 2 in the winter hemisphere. This change alleviates model biases in the zonal wind not only in the lower stratosphere where the GWDC is imposed, but also in the whole troposphere, especially in the mid- to high latitudes of Southern Hemisphere. By examining root mean square error, it is found that the GWDC parameterization improves GDAPS forecast skill in the Southern Hemisphere before 7 days and partially in the Northern Hemisphere after about 5 days.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권3B호
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• pp.315-321
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• 2008

최근 해안환경적 측면 뿐 만 아니라 사용자의 측면에서 도류제나 방파제와 같은 연안구조물에 의하지 않고 연안에서의 해빈을 보존하기 위한 대책이 요구되고 있다. 연안에서의 표사문제의 대책을 수립하기 위해서는 연안에서의 표사 뿐만 아니라 배후지의 하천으로부터 유출되는 유사량을 포함한 종합적인 토사관리의 필요성이 증가하고 있다. 이같은 관점에서 본 연구에서는 연안해역으로 유출되는 하천 유사와 이송, 하구에서의 사주발생과 발달 그리고 하구폐색과 연안으로 유출된 유사의 효율적인 저류문제와 홍수시 외해로 유출되는 유사의 특성에 대해 검토하였다. 최근 강릉 남대천 하구에는 하구폐색과 하구사주의 발생에 따른 대책으로 2005년에 총연장 260 m의 도류제를 건설하였다. 이에따라 본 연구에서는 도류제 건설에 따른 남대천하구에서의 토사이동특성 및 해저지형 변동과 표사이동을 해석하기 위한 다양한 수치실험을 수행하였다. 이를 위해 먼저 남대천 하구역에서 유출되는 유사량을 혼합입경의 관점을 가정하여 1차원 수치해석을 통하여 해석하였다. 또한 하천에서 유출된 유사의 이동특성과 하구현상을 파악하기 위해 하천류의 유동특성과 바람장에 의한 취송류를 검토하였다. 그리고 파동장, 해빈류 및 해저지형변동을 수립하여 본 남대천 하구인근에서의 표사이동 특성을 해석하였다.