이 연구에서는 상용코드(AQWA)를 이용하여 규칙파 중 8점 계류 중인 플로팅 도크의 계류 장력과 운동응답특성을 고찰하였다. 연구의 목적을 달성하기 위해 수심 10 m 연안환경(파 진폭 1.05 m, 파주기 3.85 sec, 풍속 20.21 m/s, 풍향 및 조류방향 $90^{\circ}$, 입사파 ${\chi}=180^{\circ}$, $135^{\circ}$ 및 $90^{\circ}$ 조건에서 수치 해를 적용하였다. 해석모델은 길이 140 m, 폭 32 m 및 높이 14.6 m의 강구조물로 현수선의 길이는 최대 120 m를 적용하였다. 해석결과 상하동요와 종동요는 선수파 보다 횡파에서 크게 나타났으며 계류 장력도 횡파와 풍하중에 의해 크게 작용하였다.
Mooring is the operation of securing a ship to a wharf or quay by means of rapes or chains. A. moored ship need not necessarily be truly stationary. It may be free to rise and fall with the tick or the loading and unloading of cargo or to oscillate in response to the action of the environmental forces. In this respect a moored ship is restricted to a limited amount of movement within well-defined bounds. This study is intended to analyze the tension of mooring lines by a FEM program, as the current velocities and working directions are varied. The motion of a berthed ship is studied concerning with the wave periods and the direction. Also the behavior of the modeled vessel are investigated for a berthed condition.
이 연구는 선박을 정착하기 위하여, 해성점토에 관입된 앵커 및 닻줄의 변형, 인장력 및 지반거동을 해석할 수 있는 방법에 대한 연구로써, 앵커와 닻줄을 multi-segment로 나누어, 일차원 유한 요소 해석을 하였다. 각 element와 지반거동에 대한 힘과 모멘트의 평형조건을 만족시키면서, 앵커와 닻줄의 변형과 인장력을 해석하는 방법으로, 앵커 및 선박 상판에서 구할 수 있는 특정경계조건을 구한 후, 지속적인 반복작업을 이용하여 각 element의 변형과 인장력을 구하는 방법을 채택하였다. 이러한 연구결과는 앵커 및 닻줄이 사용된 해양구조물의 설계 및 시공에 반영될 수 있으며, 이 연구의 예측결과는 실제 현장 건ta와 비교 분석되었으며, 비교를 위한 항목으로는 anchor의 지지력, 닻줄길이, 선박에 연결된 닻줄의 각도 및 인장력 등이 사용되었다. 각 항목의 비교결과, 실제 현장 data와 상당히 일치하여, 이 방법으로 지반 및 선체의 거동을 예측할 수 있다는 것이 증명되었다.
The dynamic and structural responses of a 1000-m long circular submerged floating tunnel (SFT) with both ends fixed under survival irregular-wave excitations are investigated. The floater-mooring nonlinear and elastic coupled dynamics are modeled by a time-domain numerical simulation program, OrcaFlex. Two configurations of mooring lines i.e., vertical mooring (VM) and inclined mooring (IM), and four different buoyancy-weight ratios (BWRs) are selected to compare their global performances. The result of modal analysis is included to investigate the role of the respective natural frequencies and elastic modes. The effects of various submergence depths are also checked. The envelopes of the maximum/minimum horizontal and vertical responses, accelerations, mooring tensions, and shear forces/bending moments of the entire SFT along the longitudinal direction are obtained. In addition, at the mid-section, the time series and the corresponding spectra of those parameters are also presented and analyzed. The pros and cons of the two mooring shapes and high or low BWR values are systematically analyzed and discussed. It is demonstrated that the time-domain numerical simulation of the real system including nonlinear hydro-elastic dynamics coupled with nonlinear mooring dynamics is a good method to determine various design parameters.
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.
The global performance of the 5MW OC4 semisubmersible floating wind turbine in random waves was numerically simulated by using the turbine-floater-mooring fully coupled and time-domain dynamic analysis program FAST-CHARM3D. There have been many papers regarding floating offshore wind turbines but the effects of second-order wave-body interactions on their global performance have rarely been studied. The second-order wave forces are actually small compared to the first-order wave forces, but its effect cannot be ignored when the natural frequencies of a floating system are outside the wave-frequency range. In the case of semi-submersible platform, second-order difference-frequency wave-diffraction forces and moments become important since surge/sway and pitch/roll natural frequencies are lower than those of typical incident waves. The computational effort related to the full second-order diffraction calculation is typically very heavy, so in many cases, the simplified approach called Newman's approximation or first-order-wave-force-only are used. However, it needs to be justified against more complete solutions with full QTF (quadratic transfer function), which is a main subject of the present study. The numerically simulated results for the 5MW OC4 semisubmersible floating wind turbine by FAST-CHARM3D are also extensively compared with the DeepCWind model test results by Technip/NREL/UMaine. The predicted motions and mooring tensions for two white-noise input-wave spectra agree well against the measure values. In this paper, the numerical static-offset and free-decay tests are also conducted to verify the system stiffness, damping, and natural frequencies against the experimental results. They also agree well to verify that the dynamic system modeling is correct to the details. The performance of the simplified approaches instead of using the full QTF are also tested.
To develop the optimal design method for the longline type scallop culturing facilities in the open sea numerical calculations and hydraulic model experiments are carried out for the stability and function optimization. Using the results for the motion and tension of the facilities, stable design concepts and effects of motion control system by vertical anchor and resistance discs art discussed. The results of this study that can be applied to the design are as follows: 1) Total external forces by design wave $(H_{1/3}\;=\;6,7\;m,\;T_{1/3}\;=\;12sec)$ at the coastal waters of Jumunjin for unit facility (one main line) are estimated to 5-20 tons, and required anchor weights are 10-40 tons in the case of 2-point mooring system. Though the present facilities are stable to steady currents, but is unstable to the extreme wave condition of return period of 10 years. 2) The dimensions and depth of array systems must be designed considering the ecological environments as well as the physical characteristics including the mooring and holding forces that are proportional to the length and relative depth of main line to wave length, and the number of buoys and nets. 3) Oscillation of the facility is influenced by water particle motion and the weight of hanging net, and is excited at both edge, especially at the lee side. To reduce the motion of the nets, the vertical anchoring system and the resistence disc method are recommended by the experimental results, 4) The damage of rope near the anchor by abrasion should be prevented using the ring-type connection parts or anchor chains.
연직 막체방파제에 대한 기존의 수치해석에서는 막체의 운동 중 발생하는 변동장력성분이 초기장력에 비하여 미미하다는 가정 하에 운동 중의 막체 장력을 초기장력으로 대체하는 선형해석을 수행하였다. 본 수치해 석에서는 막체장력의 비선형 변화를 한 주기 동안의 평균장력으로 대체하며 이 평균장력을 반복계산을 통하여 구해나가는 준 비선형 해석을 수행하였다. 상기 선형해석 결과와 비교하여 입사파 주기가 증가할수록 반사율은 증가하며 전달율은 감소하는 것으로 나타났다. 아울러, 본 준 비선형해석을 계류형태를 달리하는 두 구조물에 적용한 결과, 막체의 수평변위의 제어가 방파성능에 밀접한 효과가 있는 것으로 나타났다. 막체의 수평변위를 억제하기 위해서는 막체의 초기장력을 증가시키거나 막체의 중간부에 계류라인을 추가 결속시키는 방법들이 있으나 이를 위해서는 연직 하향 계류력을 지지하기 위한 대형 수면 부표의 설치가 요구된다.
Recently, floating cranes are mainly used to erect heavy blocks or cargos for constructing ships in many shipyards. It is important to estimate the dynamic motion of the heavy cargo suspended by a floating crane and the tension of the wire ropes between the floating crane and the heavy cargo. In this paper, the coupled dynamic equations of motion are set up for considering the 6 degree-of-freedom floating crane and the 6-degrees-of-freedom heavy cargo based on multibody system dynamics. Depending on the cargo weight, the motion of the floating crane would be changed to nonlinear state. The nonlinear terms in the equation of motion are considered. In addition, the nonlinear hydrostatic force, the linear hydrodynamic force, wire rope force, mooring force and gravity force are considered as the external forces. As the result of this paper, we analyze the engineering effect for erecting the heavy cargo by using the floating crane.
최근 이상적인 자연현상으로 인해 돌풍, 태풍 및 쓰나미 등 비상상황이 자주 발생하고 있고, 이로 인해 항내 계류선박은 선체거동을 미리 예측하여 해석하고, 선체거동을 제어하지 못해 계류선박의 계류시스템이 손상되면 해양사고가 발생할 수 있다. 따라서 계류시스템의 손상이 예상되는 경우 정량적 판단에 의해 항내 계류할 것인지 아니면 항외로 피항할 것인지 결정할 필요가 있다. 본 연구에서는 외력에 의한 계류선박의 거동해석 및 계류시스템 제어를 위해 대학내 전용 부두에 계류중인 실습선을 대상으로 계류안전성을 평가하였다. 계류삭의 최대장력을 분석한 결과, 파주기 12초 및 15초인 경우에는 대부분 허용강도(S.W.L)를 초과하는 것으로 분석되었다. 계선주에 작용하는 최대견인력을 분석한 결과, 해당 위치에 설치된 지 노후화된 소형 계선주에 다수의 계류삭을 체결함으로서 모든 평가 Case에서 계선주 허용규격인 35톤을 초과하는 것으로 분석되었다. 선체동요 및 하역안전성 평가결과 파주기 12초 이상 및 풍속 25노트 조건에서는 Surge 운동의 한계값인 3.0미터를 초과하는 것으로 분석되었다. 그 결과를 토대로 계류시스템 제어를 위한 판단기준이 되는 풍속, 파고 및 파주기 등의 주요 외력조건별 고위험, 위험 및 보통 위험 등 3단계의 리스크 매트릭스(Risk Matrix)를 작성하여, 계류시스템 제어를 위한 판단기준이 되는 위기관리 대응매뉴얼로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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