• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.319-327
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• 2017

본 연구에서는 콘크리트 석션식 지지구조물을 사용한 해상풍력발전시스템의 지진응답 해석을 수행하여 그 거동 특성을 파악한다. 전체 시스템을 RNA, 타워, 지지구조물로 구성된 구조계와 이에 접하고 있는 유체 및 지반의 부분구조로 분리하여 운동방정식을 유도한다. 구조계에 작용하는 유체의 동수압과 지반의 상호작용력을 산정하고, 이를 구조계의 운동방정식과 결합하여 전체 시스템의 지배방정식을 도출한 후, 이 방정식의 해를 구하여 해상풍력발전시스템의 지진응답을 계산한다. 해석 결과로부터 지반-구조물 상호작용은 콘크리트 석션식 지지구조물에 의해 지지된 해상풍력발전시스템의 지진응답을 크게 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 특히, 지반의 유연성으로 인해 시스템의 고차 고유모드 응답이 증가할 수 있으므로, 해상풍력발전시스템의 동적거동 산정 시에는 반드시 지반-구조물 상호작용의 효과를 고려하여야 할 것이다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권3호
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• pp.453-460
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• 2016

해상풍력터빈 시스템은 크게 상부의 풍력터빈과 하부의 지지구조로 구성된다. 해상풍력발전은 육상용 풍력발전보다 우수하다는 평가가 지배적이지만 육상용 풍력발전에서 고려되지 않는 파랑에 의한 주기적인 하중이 추가로 고려되기 때문에 다양한 외부 환경조건에 대하여 높은 안정성 확보가 요구된다. 본 연구에서는 전산유체역학 기법을 활용하여 설계된 해상풍력 하부구조에 대한 하중해석을 수행하고 유한요소해석을 통해 설계된 자중조절형 해상풍력 기초에 대한 구조 건전성을 검토하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.42-51
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• 2018

해상풍력 지지구조물은 설치과정에서 수직도 오차가 발생하여 풍력발전기 전체 구조의 안전성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 콘크리트 중력식 해상풍력 연결부에서 PS 앵커와 앵커체결구 그라우트를 사용하여 수직도를 조정할 수 있는 방안에 대한 연구를 수행하였다. 연결부는 5MW급 해상풍력 지지구조물에서 발생한 수직도 오차를 최대 $0.5^{\circ}$까지 보정하는 것을 목표로 하였다. 우선, 수직도 조정이 가능한 해상풍력 연결부에 대해 주요 부재별 설계안과 설계절차를 제안하고, 제주도 해상지역을 대상으로 설계 제원을 산출하였다. 그 후, 설계 제원에 대해 비선형 3차원 유한요소해석을 수행하여 설계안의 적정성을 검토하였다. 검토 결과, 하중 전달 메커니즘과 연결부 발생 응력 확인을 통해 제안 설계안은 $0.5^{\circ}$의 수직도 오차를 보정하여도 안전하다고 판단하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.93-100
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• 2022

본 논문에서는 한국의 서남해상에 건설예정인 해상풍력발전타워의 지지구조물로 고려되고 있는 세발구조와 자켓구조의 선박충돌 거동을 비선형동적해석을 통하여 비교·분석하였다. 이 구조물은 3MW용량의 풍력타워를 지지하기 위하여 설계되었다. 두 지지구조는 쉘요소를 이용하여 비선형 거동을 고려할 수 있도록 모델링하였고, 발전기를 포함하는 상부의 타워구조물은 탄성재료를 이용하여 보요소와 집중질량으로 모델링하였다. 전체 질량은 세발구조가 자켓구조에 비하여 약 1.66배 정도였다. 바지선과 상선을 충돌선박으로 선정하여 모델링하였다. 조수차의 조건을 고려하여 충돌선박의 충돌위치를 평균해수면의 상하로 3.5m변동하는 것으로 고려하였다. 또한 각 선박의 최소충돌속도(=2.6m/s)에서의 충돌에너지를 각각 4배까지 증가시키면서 충돌거동을 산정하였다. 해석결과 지지구조 충돌부위의 강성이 클수록 선박의 소성에너지 소산량이 상대적으로 증가하였다. 충돌조건에 따라 풍력타워의 변형은 진동에서 붕괴까지 발생하였다. 세발구조가 자켓구조에 비하여 큰 충돌저항력을 보였다. 이는 중앙부에 강성이 집중된 구조적 특성과 상대적으로 많은 강재의 사용량에 기인한 것으로 판단된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.524-530
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• 2020

세굴에 의한 해상풍력터빈 지지구조물의 위험도 평가기법을 제안하였다. 제안방법은 세굴깊이별 발생확률과 세굴깊이에 따른 취약도를 이용한 위험도 평가방법이며 지진위험도 평가기법을 변형한 것이다. 세굴깊이의 확률분포는 유의파고, 유의 주기, 조류속 등 해양 환경조건을 고려하기 적합한 경험식을 이용해 산정했으며, 해상풍력터빈 지지구조물의 동적응답을 이용하여 세굴취약도 곡선을 산정하였다. 세굴깊이별 발생확률과 세굴에 의한 구조물의 세굴취약도 곡선을 결합하여 세굴위험도를 분석하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.92-100
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• 2016

응력집중계수를 이용하여 해상풍력발전기 트라이포드 지지구조물에 대한 신뢰성 해석을 수행하였다. 파랑과 풍하중의 극치분포함수는 POT방법을 사용하여 동적응답을 분석함으로써 추정되었다. 일계신뢰도법을 사용하여 신뢰성해석을 수행하였으며, 한계상태함수는 지지구조물의 이음부에서 발생하는 응력을 기반으로 정의하였다. 보 요소에서 계산된 응력에 응력집중계수를 곱하는 방법과 판 요소를 사용하여 계산하는 두 가지 방법으로 최대응력을 계산하여 신뢰성 해석을 수행하고 결과를 비교 분석하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.374-382
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• 2021

5.5 MW 해상풍력터빈을 위해 새로 개발된 펜타팟 석션버켓 지지구조물의 극한한계상태 위험도 평가를 진행하였다. 유의파고, 유의파 주기, 조류속 등 해양 환경조건을 고려한 세굴확률을 위험(hazard)으로 산정하였다. 석션버켓 지지구조물 기초의 극한한계상태 파괴기준을 적용하여 세굴 깊이에 따른 취약도를 산정하였다. 극한한계상태는 기초구조물의 지지력을 이용하여 정의하였다. 해저드와 취약도를 이용하여 펜타팟 석션버켓의 위험도를 산정하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권1호
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• pp.59-65
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• 2013

본 논문은 헬리컬 풍력터빈을 이용한 풍력터빈 나무의 구조적 안정성을 검토하는데 목적이 있다. 복합재료를 적용하여 헬리컬 로터 블레이드를 설계하였으며, 유한요소 해석을 통하여 안정성을 검토하였다. 또한 4개의 헬리컬 로터를 지지하고 있는 풍력터빈 나무에 대하여 풍압, 로터의 회전 그리고 자중을 고려한 구조해석을 수행하여 설계 타당성을 검토 하였다.

• 풍력에너지저널
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• 제9권4호
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• pp.16-23
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• 2018

A damage detection method for the tripod support structure of offshore wind turbines is presented for structural health monitoring. A finite element model of a prototype tripod support structure is established and the modal properties are calculated. The degree and location of the damage are estimated based on the neural network technique using the changes of natural frequencies and mode shape due to the damage. The stress distribution occurring in the support structure is obtained by a dynamic analysis for the wind turbine system to select the output data of the neural network. The natural frequencies and mode shapes for 36 possible damage scenarios were used for the input data of the learned neural network for damage assessment. The estimated damages agreed reasonably well with the accurate ones. The presented method could be effectively applied for damage detection and structural health monitoring of various types of support structures of offshore wind turbines.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.33-40
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• 2014

극한 해양 환경하중을 고려한 해상풍력터빈 지지구조물에 대한 신뢰성 해석을 수행하였다. 신뢰성 해석을 위한 한계상태함수는 mud-line에서 지지구조물의 동적응답으로 정의되며, 동적응답은 정적응답과 동적응답계수의 곱으로 정의된다. 동적응답계수는 설계조건에서의 동적 시간이력응답을 분석하여 구할 수 있다. 허브(Hub) 위치에 작용하는 추력은 GH_Bladed를 사용하여 계산하였으며, 정적하중으로 적용하였다. 동적응답계수는 대수정규분포, 지반물성 중 내부마찰각은 상한과 하한이 결정된 베타분포이며, 그 외 설계변수는 정규분포 확률변수로 취급되었다. mud-line 에서의 동적응답을 통해 정의된 한계상태함수에 따라 일계신뢰도법(First order reliability method, FORM)을 사용하여 해상풍력터빈 지지구조물의 신뢰도지수를 산정하였다.