본 연구는 실선 내파성시험 분석시 시험해역의 파랑을 다방향파로 분석하여 신뢰성 있는 주파수 전달함수를 도출하는 기법에 관한 연구이다. 다방향파에서의 주파수 전달함수를 도출하기 위하여 다방향 수조 모형시험 분석에서 적용하는 Takezawa의 역추정법을 도입하였으며, 실선 상황에 적합하도록 주파수 영역을 3영역으로 구분하여 취급함으로써 추파 범위에서도 주파수 전달함수의 도출이 가능하도록 하였다. 본 연구의 타당성을 검증하기 위하여 수치 시뮬레이션을 수행한 결과, 다방향파 해상에서의 선박운동 응답을 이용한 주파수 전달함수 도출시 단방향파 분석방법보다 다방향파 분석방법이 보다 더 신뢰성 있는 결과를 획득할 수 있음을 확인하였다.
A numerical procedure is described for simultaneously predicting the motion and structural responses of tension leg platforms (TLPs) in multi-directional irregular waves. The developed numerical approach is based on a combination of a three dimensional source distribution method, the finite element method for structurally treating the space frame elements and a spectral analysis technique of directional waves. The spectral description for the linear responses of a structure in the frequency domain is sufficient to completely define the responses. This is because both the wave inputs and the responses are stationary Gaussian ran dom process of which the statistical properties in the amplitude domain are well known. The hydrodynamic interactions among TLP members, such as columns and pontoons, are included in the motion and structural analysis. The effect of wave directionality has been pointed out on the first order motion, tether forces and structural responses of a TLP in multi-directional irregular waves.
본 연구에서는 고유함수전개법을 사용하여 다열 불투과성 수중방파제를 통과하는 다방향 불규칙파랑의 통과와 반사를 계산하였다. 입사하는 다방향 불규칙파랑은 Bretschneider-Mitsuyasu 주파수 스펙트럼과 Mitsuyasu 타입의 방향스펙트럼을 사용하여 재현하였다. 첨두주파수의 Bragg 반사 조건에서 강한 반사가 발행하였다. 수중 방파제가 3열이고, 상대높이가 0.6일 때 입사하는 다방향 불규칙파 에너지의 25% 이상이 외해로 반사되었다. 그리고, 최대분산계수 $s_{max}$가 증가할 경우, 다방향 불규칙파랑의 반사율도 증가하였다.
In this study, transmission and reflection of multi-directional random waves propagating over multi-arrayed submerged breakwaters are investigated using eigenfunction expansion method. The numerical analysis on the wave energy reflection of submerged breakwaters with various crown widths is carried out. Strong wave reflection is occurred at the Bragg reflection condition of the peak frequency. When relative heights and crown widths of breakwaters are equal to 0.6 and 0.4h, respectively, more than 25% of wave energy is reflected to off shore.
다방향불규칙파 조파장치를 이용하여 평면수조내의 발생파의 특성과 목표스펙트럼의 재현성 및 대표파의 통계적인 안정과 선형적인 관계를 검토하여 유효조파영역 및 모형구조물의 설치대상 영역을 검정하였다. 주요한 결과를 요약하면 다음과 같다. 다방향불규칙파에 의한 발생파의 특성과 목표스펙트럼의 재현성은 양호한 결과를 얻었으며, 이들 결과로부터 유효조파영역 및 대표적인 파랑의 재현성이 높은 영역을 설정할 수 있었다. 유효조파영역에서 얻어진 관측자료인 대표파는 통계적으로 안정하였으며, spectrum peakedness parameter $Q_p$와 평균 run-length, $Q_p$와 $U_r$로서 대표파의 선형적인 관계를 나타낼 수 있었다.
A three-dimensional multidirectional nonlinear numerical wave tank (NWT) based on the Navier-Stokes equations and the Finite Volume Method (FVM) is developed by using the two-phase hydrodynamic flow solver naoe-FOAM-SJTU based on the open source toolbox OpenFOAM. The free surface is capturing with the Volume Of Fluids (VOF). The directional wave including Stokes wave, solitary wave and nonlinear wave are simulated and verified. The multi-directional waves are also simulated with particular wave spectral such as JONSWAP and wave directional spreading function. The obtained numerical results show the capability of the solver to generate different type of multidirectional nonlinear waves accurately. Meanwhile, it implies that the presented NWT can easily extend to model the wave-structures interactions, which will be great help to the offshore structures design.
A three-dimensional multidirectional nonlinear numerical wave tank (NWT) based on the Navier-Stokes equations and the Finite Volume Method (FVM) is developed by using the two-phase hydrodynamic flow solver naoe-FOAM-SJTU based on the open source toolbox OpenFOAM. The free surface is capturing with the Volume Of Fluids (VOF). The directional wave including Stokes wave, solitary wave and nonlinear wave are simulated and verified. The multi-directional waves are also simulated with particular wave spectral such as JONSWAP and wave directional spreading function. The obtained numerical results show the capability of the solver to generate different type of multidirectional nonlinear waves accurately. Meanwhile, it implies that the presented NWT can easily extend to model the wave-structures interactions, which will be great help to the offshore structures design.
방향 및 주파수 성분을 포함하는 파랑집중에 의해 다방향 쇄파를 생성하였으며, 등기울기 및 등진폭 스펙트럼 모델을 적용하였다. 생성된 다방향 쇄파는 초기쇄파, 단일쇄파 다중쇄파로 구분된다. 다방향 쇄파의 특성을 파정 기울기 및 비대칭성으로 정의되는 파형인자들의 함수로 고찰하였다. 또한 파랑집중의 효율성 관점에서 쇄파 파랑특성의 전개를 분석하였다. 파정 전면 기울기 및 연직 비대칭성은 쇄파과정에 영향을 미치는 중요한 인자이나, 파정후면 기울기 및 수평 비대칭성은 쇄파 과정에서 거의 상수 값을 갖는다. 방향 성분의 중첩은 파랑집중의 효율성을 크게 강화하며, 이는 다방향파의 쇄파 특성이 일방향파의 쇄파 특성과 상이함을 나타낸다.
다방향 불규칙파랑을 입사파랑으로 적용하여 장대 케이슨 방파제에 작용하는 파력감소계수에 대하여 연구하였다. 다방향 불규칙파랑의 주파수 및 방향 스펙트럼으로 JONSWAP (Joint North Sea Wave Project) 스펙트럼과 비대칭 방향 스펙트럼이 각각 적용되었다. 계산결과, 케이슨 방파제의 길이와 입사파랑 주파향의 입사각이 증가할수록 파력감소계수는 감소함을 알 수 있었다. 그리고 최대방향분포계수 $s_{max}$가 증가할수록 파력감소계수는 규칙파와 유사한 경향을 보였다. 다방향 불규칙파랑이 방파제에 비스듬히 입사할 경우 비대칭계수 ${\mu}$가 증가할수록 파력감소계수는 감소하였다.
The wave profiles of directional breaking waves are investigated experimentally in a directional wave basin. The directional breaking waves are generated by component wave focusing both in direction and frequency based on constant wave steepness and constant wave amplitude spectrum models. the profile parameters of wave crest steepness and asymmetry are adapted to analyze the evolution of breaking ware characteristics in a view of focusing efficiency. The generated breaking waves are classified into the incipient, single and multi breaking waves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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