• Ocean Systems Engineering
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• 제6권4호
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• pp.345-362
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• 2016

This study aims to develop the numerical method to estimate level ice impact load and investigate the dynamic interaction between an arctic Spar with sloped surface and drifting level ice. When the level ice approaches the downward sloped structure, the interaction can be decomposed into three sequential phases: the breaking phase, when ice contacts the structure and is bent by bending moment; the rotating phase, when the broken ice is submerged and rotated underneath the structure; and the sliding phase, when the submerged broken ice becomes parallel to the sloping surface causing buoyancy-induced fictional forces. In each phase, the analytical formulas are constructed to account for the relevant physics and the results are compared to other existing methods or standards. The time-dependent ice load is coupled with hull-riser-mooring coupled dynamic analysis program. Then, the fully coupled program is applied to a moored arctic Spar with sloped surface with drifting level ice. The occurrence of dynamic resonance between ice load and spar motion causing large mooring tension is demonstrated.

• 대한조선학회논문집
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• 제55권6호
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• pp.497-504
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• 2018

Platform Support Vessels operated in the Arctic Ocean support diverse operations of offshore plant in the sea, and the PSV is also needed to support works to exploit the oil and gas in the Arctic Ocean. Both of the ice breaking and the open sea performance have been considered together to secure the enhanced operational performance at the harsh environment in the Arctic Ocean and the open sea as well. In this study, One of the design requirements of a PSV is to guarantee continuous icebreaking performance with 3 knots at 1 m thickness of level ice, where the design draft is 7.5m and the engine power is 13 MW. Three hull forms were designed, and the ice resistance based on empirical formulas was estimated to select the initial hull form having an outstanding performance. The full scale performance of the designed hull forms was predicted by the ice model test conducted in the ice model basin of Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering(KRISO). The analysed results show that the selected hull form satisfies the above design requirement.

• 한국해양공학회지
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• 제33권2호
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• pp.161-167
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• 2019

This paper focuses on a newly designed ice load formula based on the ARAON's 2016 Arctic field data in order to improve a structural design against ice loads. The strain gage signals from ARAON's hull plating were converted to the local ice pressure upon the hull plating using the influence coefficient matrix and finite element analysis. First, a traditional pressure-area relationship is derived by applying probabilistic approaches to handle the strains measured onboard the ARAON. Then, the local ice load prediction formula is re-analyzed after reviewing the ARAON's additional field data to consider information about the ship speed and thickness of the sea ice. It is shown that the newly developed pressure-area relationship well reflects the influence of other design parameters such as the ship speed and ice thickness in the prediction of local ice loads on Arctic vessels.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권12호
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• pp.1247-1260
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• 2018

본 연구에서는 북극진동이 우리나라에 미치는 영향을 파악하고자 북극진동지수(AOI)와 북태평양에서 발생한 태풍의 개수 및 우리나라에 영향을 준 태풍의 개수, 또한 장마기간 중 총강수량 및 장마기간 중 강수일수와의 교차상관분석을 시도하였다. AOI 자료는 월단위 형태로 존재하나 교차 상관 분석에는 1월을 중심으로 한 평균 자료와 봄, 여름, 가을, 겨울의 계절자료를 이용하였다. 장마 특성 및 태풍 특성 자료는 모두 연 단위자료이다. 본 연구에서는 AOI 및 태풍, 장마 자료의 가용성을 고려하여 1961년에서 2016년 사이의 자료를 이용하였다. 본 연구에서의 결과를 종합해 보면, 북극진동은 우리나라의 장마 특성에 약한 수준이나 유의하게 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 그 정도는 전체기간에 대해 일정하지 않으며 시기에 따라 크게 다른 것으로 나타난다. 예를 들어, 최근 10년간 북극진동이 장마에 미친 영향은 교차상관계수로 0.8 이상이다. 그러나 그 전 30년간은 통계학적으로 유의한 영향은 없었다. 이와는 반대로 북극진동이 우리나라에 영향을 준 태풍의 개수에 미치는 영향은 전체적으로는 유의하지 않은 것으로 나타난다. 공교롭게도 부분적으로 보면 이 역시 기간에 따라 유의한 영향과 유의하지 않은 영향이 반복적으로 교차하는 모습을 보인다. 즉, 기간에 따라 북극진동의 영향은 비정상적으로 크게 변동하는 모습을 보인다. 또한, 북극진동이 우리나라의 장마와 태풍에 미치는 영향이 과거 1960년대에서 2000년대까지 서로 교차되는 특성을 보여 왔다는 점에 주목할 필요가 있다. 그러나 공교롭게도 2010년대에 들어서면서 장마에의 영향과 태풍에의 영향이 둘 다 증가하는 형태로 바뀐 것으로 보인다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.73-84
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• 2021

최근 지구온난화에 따른 이상 기후 현상으로 세계적으로 환경 문제에 관한 관심이 높아지고 있다. 기후변화에 적극적으로 대응하기 위해 전 지구적인 노력이 이어지고 있으나, 여전히 화석연료의 의존도는 매우 높다. 특히, 북극권은 막대한 양의 화석연료와 광물자원이 매장되어 있어 개발과 건설 사업이 활발히 추진되고 있다. 북극권 자원(석유·가스자원) 개발 사업의 참여 및 협력은 우리나라 에너지·자원 공급의 대안 중 하나라 할 수 있다. 북극권 자원 개발은 극한 기후에 따른 열악한 개발 환경과 기술적 한계, 자원 개발에 따른 환경 문제, 사회적 영향 등 일반적인 자원 개발과 비교해 사전에 면밀한 검토가 요구되고 있다. 본 논문에서는 북극권 자원 개발 및 건설 활동 추진을 위해 북극해 연안 국가들의 기후변화 대응 법규 및 지침을 고찰하였다. 또한, 북극권 자원 개발 사업을 위해 필요한 영구 동토층의 지반 안정화 기술, 극한의 기후 조건에 작동하고 자원 개발의 효율성을 높일 수 있는 기술 사례 등을 조사하고 분석하였다. 본 연구의 조사·분석 결과는 자원 개발 사업의 성공적 추진과 운영을 좌우하는 새로운 리스크 요인에 대응하는 전략수립 등에 활용될 것으로 기대한다.

• 한국해양공학회지
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• 제25권2호
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• pp.55-61
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• 2011

A field trial in an ice-covered sea is one of the most important tasks in the design of icebreaking ships and offshore structures. To correctly estimate the ice load and ice resistance of a ship's hull, it is essential to understand the material properties of sea ice during ice field trials and to use the proper experimental procedure for gathering effective ice data. The first Korean-made icebreaking research vessel, "ARAON," had her second sea ice trial in the Arctic Ocean during the summer season of 2010. This paper describes the test procedures used to obtain proper sea ice data, which provides the basic information for the ship's performance in an ice-covered sea and is used to estimate the correct ice load and ice resistance of the IBRV ARAON. The data gathered from the sea ice in the Chukchi Sea and Beaufort Sea during the Arctic voyage of the ARAON includes the temperature, density, and salinity of the sea ice, which was believed to be from two-year old ice floes. This paper analyses the gathered sea ice data in comparison with data from the first voyage of the ARAON during her Antarctic Sea ice trial.

• 한국해양공학회지
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• 제11권2호
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• pp.1-10
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• 1997

The interaction of ground ice features with underlying seabed is one of the major considerations in the design of Arctic pipeline systems. Regarding the development of offshore gas field near Sakhalin Island, which is an ice-infested area, in this paper an ice scour model to determine the burial depth of Arctic offshore pipeline is studied. Using a simplified ice-seabed interaction process, ice scour depth is easily estimated. This nonlinear numerical model can simulate the scouring process for various enviromental parameters such as ice mass, incoming velocity, soil strength. This study also deals with interaction forces during the scouring process in sloping seabed conditions and discusses the ice loads that are transmitted through the seabed soil.

• 대한원격탐사학회지
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• 제34권6_2호
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• pp.1193-1202
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• 2018

북극의 장기간 기후 변화 관측을 위해서는 에너지 수지를 정량적으로 파악하는 것이 중요하다. 에너지 수지를 정량적으로 파악하기 위해서 고품질의 장기간 복사 에너지 변수들이 필요하지만 대부분 위성 기반 복사 에너지 변수 자료들은 제공되는 기간이 짧아 자료들을 연계하여 사용해야한다. 자료를 연계해서 사용하기 위해서는 사용되는 자료의 차이를 정확하게 파악하고 일치시키는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 위성 기반 복사 에너지 자료인 Global Energy and Water Exchanges Project(GEWEX) 와 Clouds and the Earth's Radiant Energy System(CERES)를 비교 분석하여 자료 연계를 위한 기초자료를 제공하고자 한다. 두 자료를 비교 분석한 결과 CERES자료를 기준으로 했을 때, GEWEX 자료가 과소 추정되었다. 또한 두 자료는 약 $3{\sim}25W/m^2$의 차이가 발생하였으며, 고위도 지역이거나 해빙지역일수록 두 자료의 차이가 더 증가하였다. 또한 두 자료의 월별 평균을 비교하였을 때는 하향 장파 복사 에너지를 제외한 나머지 변수들은 봄과 여름철에 $9.26{\sim}26.71W/m^2$의 높은 차이를 보였다. 본 연구 결과는 북극지역에서 CERES와 GEWEX 자료를 합성하거나 선택할 때 좋은 기준 자료로 사용 가능하다.

• 대한조선학회논문집
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• 제48권3호
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• pp.254-259
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• 2011

The first Korean-made icebreaking research vessel "ARAON" had her second sea ice trial in the Arctic Ocean in Aug. 2010 after her first voyage to Antarctic Ocean in Jan. 2010 to gather various material and strength characteristics of sea ice. This is a detail report of ARAON 2010 summer Arctic voyage and this paper describes a standard test procedure to obtain proper sea ice data which provide basic information to estimate ice loads and icebreaking performance of the ship. The data gathered from sea ice in the Chukchi Sea and Beaufort Sea during the Arctic voyage of the ARAON includes ice temperature/salinity and the compressive/flexural strength of sea ice. This paper analyses the gathered sea ice data in comparison with data from the first voyage of the ARAON during her Antarctic Sea ice trial.

• 한국해양공학회지
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• 제34권6호
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• pp.394-405
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• 2020

To assess the station-keeping performance of floating structures in the Arctic region, the ice load should be considered along with other environmental loads induced by waves, wind, and currents. However, present methods for performance evaluation in the time domain are not effective in terms of time and cost. An ice load generation module is proposed based on the experimental data measured at the KRISO ice model basin. The developed module was applied to a time domain simulation. Using the results of a captive model test conducted in multiple directions, the statistical characteristics of ice loads were analyzed and processed so that an ice load corresponding to an arbitrary angle of the structure could be generated. The developed module is connected to commercial dynamic analysis software (OrcaFlex) as an external force input. Station-keeping simulation in the time domain was conducted for the same floating structure used in the model test. The mooring system was modeled and included to reflect the designed operation scenario. Simulation results show the effectiveness of the proposed ice generation module and its application to station-keeping performance evaluation. Considering the generated ice load, the designed structure can maintain a heading angle relative to ice up to 4°. Station-keeping performance is enhanced as the heading angle conforms to the drift direction. It is expected that the developed module will be used as a platform to verify station-keeping algorithms for Arctic floating structures with a dynamic positioning system.