• 한국항해항만학회지
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• 제38권1호
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• pp.39-44
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• 2014

최근 전 세계적으로 고유가 상황이 지속됨에 따라 신재생에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그중 해양에너지는 그 양이 매우 많고 밀도가 높기 때문에 활용성이 높다. 특히 우리나라의 경우 삼면이 바다로 둘러싸여있기 때문에 해양에너지원이 매우 풍부하다. 본 논문은 해양에너지를 전력으로 변환하는 시스템중 하나인 방파제형 파력발전 시스템에 수평판 설치를 통한 발전 효율 향상에 관하여 서술하였다. 기존의 방파제형 파력발전 상부에 수평판을 설치함으로써 시스템의 전력변환효율을 향상시킬 수 있으나 아직까지 국내에서는 이에 대한 연구가 미흡하다. 본 논문에서는 조파수조 실험을 통하여 수평판이 방파제형 파력발전 시스템에 미치는 영향에 대해 분석하고, 본 시스템에 적합한 수평판 설치에 대해 제안한다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제5권1호
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• pp.1-19
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• 2015

The water jetting system for a jack-up spudcan requires the suitable design considering the platform/spudcan particulars, environments, and soil conditions, either the surficial clay or surficial sand. The usage of water jetting depends critically on soil conditions. The water jetting is usually used for the smooth and fast extraction of the spudcan in the surficial clay condition. It is also required for inserting spudcan up to the required depth in the surficial sand condition, which is investigated in this paper. Especially, it should be very careful to use the water jetting during an installation of spudcan in the surficial sand condition, because there is a risk of overturning accident related to the punch-through. Therefore, in this study, the effect of water jetting flow rate and time on the change of soil properties and penetration resistance is analyzed to better understand their interactions and correlations when inserting the spudcan with water jetting in surficial sand condition. For the investigation, a wind turbine installation jack-up rig (WTIJ) is selected as the target platform and the multi layered soil (surficial sand overlaying clays) is considered as the soil condition. The environmental loading and soil-structure interaction (SSI) analysis are performed by using CHARM3D and ANSYS. This kind of investigation and simulation is needed to decide the proper water jetting flow rate and time of spudcan for the given design condition.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제12권1호
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• pp.241-257
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• 2020

The rapid proliferation of oil/gas drilling and wind turbine installations with jack-up rig-formed structures increases structural safety requirements, due to the greater risks of operational collisions during use of these structures. Therefore, current industrial practices and regulations have tended to increase the required accidental collision design loads (impact energies) for jack-up rigs. However, the existing simplified design approach tends to be limited to the design and prediction of local members due to the difficulty in applying the increased uniform impact energy to a brace member without regard for the member's position. It is therefore necessary to define accidental load estimation in terms of a reasonable collision scenario and its application to the structural response analysis. We found by a collision probabilistic approach that the kinetic energy ranged from a minimum of 9 MJ to a maximum 1049 MJ. Only 6% of these values are less than the 35 MJ recommendation of DNV-GL (2013). This study assumed and applied a representative design load of 196.2 MN for an impact load of 20,000 tons. Based on this design load, the detailed design of a leg structure was numerically verified via an FE analysis comprising three categories: linear analysis, buckling analysis and progressive collapse analysis. Based on the numerical results from this analysis, it was possible to predict the collapse mode and position of each member in relation to the collision load. This study provided a collision strength assessment between attendant vessels and a jack-up rig based on probabilistic collision scenarios and nonlinear structural analysis. The numerical results of this study also afforded reasonable evaluation criteria and specific evaluation procedures.

• 대한조선학회논문집
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• 제60권5호
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• pp.375-387
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• 2023

The subsea power cables are increasingly important for harvesting renewable energies as we develop offshore wind farms located at a long distance from shore. Particularly, the continuous flexural motion of inter-array dynamic power cable of floating offshore wind turbine causes tremendous fatigue damages on the cable. As the subsea power cable consists of the helical structures with various components unlike a mooring line and a steel pipe riser, the fatigue analysis of the cables should be performed using special procedures that consider stick/slip phenomenon. This phenomenon occurs between inner helically wound components when they are tensioned or compressed by environmental loads and the floater motions. In particular, Vortex-induced vibration (VIV) can be generated by currents and have significant impacts on the fatigue life of the cable. In this study, the procedure for VIV fatigue analysis of the dynamic power cable has been established. Additionally, the respective roles of programs employed and required inputs and outputs are explained in detail. Demonstrations of case studies are provided under severely sheared currents to investigate the influences on amplitude variations of dynamic power cables caused by the excitation of high mode numbers. Finally, sensitivity studies have been performed to compare dynamic cable design parameters, specifically, structural damping ratio, higher order harmonics, and lift coefficients tables. In the future, one of the fundamental assumptions to assess the VIV response will be examined in detail, namely a narrow-banded Gaussian process derived from the VIV amplitudes. Although this approach is consistent with current industry standards, the level of consistency and the potential errors between the Gaussian process and the fatigue damage generated from deterministic time-domain results are to be confirmed to verify VIV fatigue analysis procedure for slender marine structures.

• 드라이브 ㆍ 컨트롤
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• 제11권1호
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• pp.1-7
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• 2014

This paper presents a novel concept of wave energy converter for electric generation from the ocean wave energy. In this paper, a Multi-Point Absorbing Wave Energy Converter, shortened as MPAWEC by using Secondary Control Hydrostatic Transmission (SCHST) was proposed. The power take-off (PTO) system in the proposed MPAWEC includes multi heaving buoys to drive hydraulic pumps placed at different points. The application of SCHST in MPAWEC gives some advantages, such as longevity of hydraulic components; more energy is harvested; the variation of the pressure in the accumulator limited; therefore the accumulator volume is reduced and the output speed is more stable, etc. A PID controller was designed for speed control of the hydraulic motor. The simulation results indicated that the speed of the generator was ensured with the relative error as 0.67%; the efficiency of the proposed system was 71.4%.

• Ocean Systems Engineering
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• 제11권1호
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• pp.43-58
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• 2021

In the present work, a 3D numerical model is proposed to study local scouring around single vertical piers with different cross-section shapes under steady-current flow. The model solves the flow field and sediment transport processes using a coupled approach. The flow field is obtained by solving the Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) equations in combination with the k-ω SST turbulence closure model and the sediment transport is considered using both bedload and suspended load models. The proposed model is validated against the empirical measurements of local scour around single vertical piers with circular, square, and diamond cross-section shapes obtained from the literature. The measurement of scour depth in equilibrium condition for the simulations reveal the differences of 4.6%, 6.7% and 13.1% from the experimental measurements for the circular, square, and diamond pier cases, respectively. The model displayed a remarkable performance in the prediction of scour around circular and square piers where horseshoe vortices (HSVs) have a leading impact on scour progression. On the other hand, the maximum deviation was found in the case of the diamond pier where HSVs are weak and have minimum impact on the formation of local scour. Overall, the results confirm that the prediction capability of the present model is almost independent of the strength of the formed HSVs and pier cross-section shapes.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권5호
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• pp.23-32
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• 2013

이 논문에서는 풍력터빈의 기초로 쓰이는 해상말뚝의 횡방향 거동에 대한 말뚝 직경의 영향에 관하여 분석하였다. 지반의 물성값들은 국내 최초로 해상풍력단지 건립 예정후보지인 서남해안의 표준관입시험과 실내시험자료를 이용하였다. 유한차분해석프로그램(FLAC3D)과 p-y해석프로그램(LPile)을 사용하여 말뚝 두부의 하중-변위관계, 지반의 p-y 곡선, 말뚝에 발생하는 최대 휨모멘트 등을 말뚝의 직경에 따라 국내 외 허용변위기준을 적용하여 구하였다. 연구 결과 두 프로그램의 결과가 서로 다르게 나타났으며, LPile의 해석결과가 수평허용지지력을 과하게 나타냈다. 직경 2m의 말뚝에서 발생하는 최대 휨모멘트는 직경 1m의 말뚝에 발생하는 최대 휨모멘트보다 약 4배가량 크게 나타났으며, 수평허용지지력에서도 비슷한 경향을 보였다.

• 한국음향학회지
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• 제35권4호
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• pp.261-271
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• 2016

지반에 인입된 파일에 대한 거동 해석은 지반의 비선형 거동 특성으로 인해 일반적으로 유한요소에 기반한 수치적인 방법을 주로 이용한다. 그러나 수치 해석은 파일-지반 모델링 및 연산에 많은 노력과 시간을 요구하므로 파일의 제원과 지반 물성치가 확정되지 않은 초기 설계 단계에서는 활용에 많은 한계를 갖는다. 반면, 지반을 선형화한 이론해석의 경우 수치 해석에 비해 모델이 단순하고 연산 시간이 매우 짧으므로, 해석의 신뢰성이 확보된다면 지반-지지구조의 거동 특성을 초기에 예측하는데 유용할 것이다. 본 연구에서 대상으로 하는 풍력발전기의 경우, 초기 설계 단계에서 풍력터빈의 고유진동수 예측을 위한 동적 거동 해석이 요구되며, 이 때 지반에 인입된 풍력터빈의 지지구조는 탄성경계조건으로 단순화하여 동적 거동 해석에 반영할 수 있다. 이를 위해, 본 논문에서는 풍력터빈 지지구조의 선단부 탄성 계수를 도출하고자 지반에 인입된 파일에 대한 파일-지반 연성해석을 수행하였다. 해석 시 지반의 변형은 탄성범위 이내에 있다고 단순화하여 지반에 인입된 파일을 탄성지지된 보로 모델링하였다. 탄성지지보 모델을 이용해 파일 선단에 수평 하중 또는 모멘트가 작용할 때 발생하는 파일의 횡변형을 구하고, 이로부터 영향계수를 도출하였다. 풍력터빈의 지지구조에 대한 해석 예로써, 모노파일과 석션파일에 대해 파일 선단의 영향계수를 구하고, 이를 문헌의 결과와 비교함으로써 해석 결과의 신뢰도를 검증하였다. 또한 이 두 파일의 깊이에 따른 변형 및 선단부의 스프링 상수를 비교하여 지지구조의 강성 측면에서 모노파일과 석션파일의 특성을 살펴보았다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제16권5호
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• pp.55-66
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• 2015

우리나라 남서해안의 조차는 지역에 따라 3~8m까지 발생하며 이 지역의 풍력기초들은 조류의 다양한 흐름에 의한 세굴로 전체 구조물에 예상치 못한 진동에 의한 장기적인 불안정성이 야기될 수 있다. 본 연구에서는 흐름방향을 고려할 수 있도록 개선된 관수로식 수리저항성능 실험기를 이용하여 압밀압력과 흐름방향의 변화가 지반의 수리저항성능에 미치는 영향을 검토하였다. 실험결과 양방향 흐름에 노출된 시료의 세굴률이 일방향 흐름에서보다 크며, 한계전단응력은 감소하여 세굴에 더욱 취약해지는 것으로 나타났다. 또한 압밀압력이 증가함에 따라 세립질 토사의 한계전단응력과 같은 수리저항특성은 증가하여 세굴에 대한 저항성이 증가하나 조립토의 수리저항 성능은 크게 변화하지 않았다. 지반공학적 특성과 수리저항특성의 상관관계를 검토한 결과, 비배수전단강도는 한계전단응력과 비례관계이며 세립토 및 조립토의 흙 분류와 관계없이 하나의 상관관계로 효과적으로 한계전단응력을 예측할 수 있는 것으로 나타났으며 전단파 속도는 한계전단응력과 비례관계에 있으며 조립토와 세립토의 영역에 따라 비교적 명확히 구분되었다.