• 대한조선학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.38-52
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• 1991

자유표면하에서 움직이는 임의의 형상의 3차원 물체로 인한 비선형 유체력을 준 Lagrangian 방법을 사용하여 해석하였다. 경계치 문제는 경계 적분 방법(Boundary Integral Method)을 이용하여 해결하였으며, 물체와 자유 표면의 형상은 곡면 Panel로 표현하였다. 이들 표면은 hi-cubic B-spline 방법을 사용하여 유한개의 작은 표면 요소로 나뉘어지게 되며, 또한 \phi와 (equation omitted) 표면 요소상에서 bi-linear하다고 가정한다. 특이점에 의한 유기 포텐시얼의 계산시 1/R에 비례하는 부분은 제거하고 해석적으로 처리하였다. 물체로부터 멀리 떨어진 곳에서의 유체 유통은 좌표계의 원점에 위치한 Dipole로 표현하였으며, Time Stepping시 Runge-Kutta의 4차 방법을 사용하였다. 3차원인 경우에 대한 적분 방정식과 포텐시얼의 시간 미분간에 대한 경계 조건이 유도되었으며, 이러한 식들을 사용하여 자유표면의 형상과 물체의 운동을 동시에 계산하였다. 대진폭을 가지고 규칙적으로 진동하는 물체에 작용하는 힘과 이때의 자유 표면 형상을 계산하고 기 발표된 자료와 비교하여 보았으며, 자유표면 근처에서 운동하는 물체에 작용하는 비선형 효과를 관찰하였다.

• 한국음향학회지
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• 제41권3호
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• pp.268-277
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• 2022

본 논문에서는 KVLCC2 선체 축소모형에 설치된 추진시스템의 세부 구성품별 유동 소음원을 분석하였으며, 각각의 소음원이 수중방사소음에 미치는 영향에 대해 정량적으로 분석하였다. 수치 해석 영역은 실험 결과와의 비교를 위하여 선박해양플랜트연구소 대형 캐비테이션 터널의 시험부와 동일하게 설정하였다. 먼저 유동장내 소음원을 정확하게 모사하기 위하여 고정밀 해석기법인 비압축성 다상 Delayed Detached Eddy Simulation 방법을 적용하였고, 유동해석 결과를 기반으로 Ffowcs Williams and Hawkings 적분방정식을 사용하여 수중방사소음을 예측하였으며, 터널 실험결과와의 비교를 통해 해석절차의 유효성을 확인하였다. 추진시스템의 유동 소음원별 영향을 정량적으로 비교하기 위하여 추진기 날개 끝-와류 공동, 날개 표면 그리고 방향타 표면을 소음원 영역으로 선정하였으며, 음압과 파워 스펙트럼 밀도, 음향 파워를 비교하였다. 공동에 의한 홀극 소음원의 기여도가 추진기 날개 및 방향타에 의한 쌍극 소음원에 비해 수중방사소음에 크게 기여하였으며, 추진기 후류의 영향으로 방향타에 의한 기여도가 추진기 보다 더 크게 발생함을 확인하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제47권6호
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• pp.315-323
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• 2023

지난 10년간, 복원력 상실로 인한 어선의 해양 사고는 지속해 증가하고 있다. 특히, 소형선박 사고의 대부분은 갑작스러운 바람이 주요 원인으로 지목되었다. 바람에 의한 소형선박의 갑작스러운 사고를 예방하기 위해서는 체계적인 분석기법 개발이 필요한 실정이다. 본 연구는 확률론적 극값 추정법을 기반으로 선박의 운동성능에 바람이 미치는 영향을 평가하는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 운동 해석, 극값 추출, 운동 특성 분석 등의 연구를 수행하였다. 운동 해석은 Sea State 5의 파랑에서 파도, 파도와 균일 바람, 파도와 NPD풍속 모델 바람이 작용하는 3가지 조건을 적용하였다. 극값 추출은 Hysteresis 필터링 및 Peak-Valley 필터링 기법을 적용하였다. 추출된 극값을 이용하여 적합도 시험(Goodness of Fit Test)을 4가지 분포함수에 대해 수행하여 극값을 가장 잘 표현하는 최적의 분포함수를 선정하였다. 어선의 운동 특성은 3가지 주기 운동에 대하여 (Heave, Roll, Pitch)에 평가 후, 결과를 비교하였다. 선박의 운동성능 해석은 상용 솔버인 ANSYS-AQWA를 이용하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.127-138
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• 1996

고속선의 내항성능 해석 방법으로 스트립 방법, 통합이론(Unified theory), 3차원 판넬 방법등이 널리 사용되고 있다. 스트립 이론은 2차원적 해석 방법으로 전진속도가 빠른 경우나 추파중 저주파수 영역에서 유체력 계수와 운동응답이 정확하지 않으며, 통합이론은 내부영역에서는 2차원적 해석을 사용하고 외부영역은 세장체 이론을 사용하여 해석하는 방법으로 수학적으로 복잡한 단점이 있다. 3차원 판넬 방법을 이용한 해석은 계산 시간이 오래 걸리지만 고속인 경우에 모든 주파수 영역에서 정확한 해를 주는 것으로 알려져 있고, 전산기의 급속한 발달과 더불어 가장 권장되는 방법이다. 본 논문에서는 고속선의 해석에 전통적으로 사용되고 있는 스트립 법에 의한 해석과 3차원 판넬 방법을 이용한 해석법을 비교한다. 3차원 판넬 방법에 의한 해석은 쏘오스 분포법과 전진하면서 동요하는 그린 함수를 사용하고, 그린 함수의 수치, 계산은 Hoff의 방법을 이용하였고, 그린 함수는 종축에 대한 대칭 관계를 이용하여 계산 시간을 줄였다. 계산에 사용된 선종은 카타마란(Catamaran) 형태의 고속선이며 상기 두 방법에 의해 구해진 유체력 계수, 파강제력과 주파수 응답함수 등을 비교하였고, 또한 불규칙파중 운동응답의 계산 결과를 비교 검토해 보았다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.65-72
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• 1993

본 논문에서는 비선형 자유표면파 문제에 대한 수치해법을 개발하였다. 궁극적인 물리적 모델은 수조시험에서의 조파저항 실험으로서 이를 모사하는 수치실험을 위한 수치해법을 개발하는데 그 목적이 있다. 수치해법으로서는 선형 문제에서 이미 수치방사조건의 효율성이 입증된 국소유한요소법을 비선형 문제에 응용하였다. 수치 계산과정에서는 교란원인 압력 분포면으로부터 멀리 떨어진 곳에서는 선형해를 이용하고 교란원 근처에서는 엄밀한 비선형 조건을 만족시켰다. 비선형 영역과 선형 영역 사이에는 비선형-선형 천이 완충영역을 수치 계산영역 내에 도입하여 적절히 수치 정합을 하였다. 수치 계산 과정중 각 축차 단계에서의 모드 해석을 이용하여 계산 시간을 월등히 줄일 수 있었다. 수치 계산 모형으로는 수조 실험을 모사한 자유표면 압력 분포면이 균일한 속도로 전진하는 문제를 택하였다. 본 수치계산 방법의 효율성으로 인하여 기존의 수치 계산 방법에 비해 월등이 큰 계산영역을 사용 수치계산을 수행할 수 있었다. 교란원에서 먼 하류에서 채택된 비선형 자유표면파를 선형 계산 결과와 비교하여 그동안 부분적으로 연구된 비선형파의 특성을 규명할 수 있었다. 비선형 효과에 의해 캘빈각이 증가하며, 캘빈각 근처의 파고와 파수가 증가하는 것을 확인하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제47권4호
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• pp.256-270
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• 2023

본 연구에서는 선박 또는 해양구조물에 설치되는 터렛(Turret)과 같이 제어 대상의 무게 중심 주변이 아닌 임의 지점을 운동 중심으로 선정하여 제어할 수 있는 동적위치유지(Dynamic positioning; DP)용 슬라이딩모드(Sliding mode) 제어기를 연구하였다. 이러한 슬라이딩모드 제어기는 선박 및 해양구조물 동역학 모델의 불확실성, 시공간에서 변화하는 미지의 해양환경에 의한 외력, DP 제어시스템의 과도 성능을 고려한 제어가 가능하다. 선박 및 해양구조물의 임의 지점을 기준으로 제어하기 위해 제어 대상의 기구학 방정식에 포함되는 자코비안(Jacobian) 행렬을 수정하여 슬라이딩모드 제어기를 설계하였다. 제어기의 강건성(Robustness)을 확보하기 위해 슬라이딩모드 제어기 설계에 리아프노프(Lyapunov) 안정도 판별 이론을 적용하였다. 일반적으로 DP 제어에서 제어기의 강건성 확보를 위해 PD(Proportional derivative) 제어 알고리즘 기반의 이득 스케줄링(Gain scheduling)을 사용한다. 그러나 이득 스케줄링을 적용하기 위한 적절한 이득을 찾는 것은 DP 시스템 적용을 복잡하게 만든다. 따라서 본 연구에서는 이러한 선박 및 해양구조물 DP 제어기의 복잡성을 해소하기 위해 슬라이딩모드 제어 알고리즘을 고려하였다. 제안된 슬라이딩모드 제어 알고리즘의 유효성을 검증하기 위해 시간 영역 시뮬레이션을 구현하였으며, 제어 알고리즘의 성능평가에 활용되었다. 제안된 슬라이딩모드 제어기의 유효성 검토를 위해 일반적인 PD 제어 알고리즘을 적용한 DP 제어 시뮬레이션 결과와 비교하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권5호
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• pp.2061-2066
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• 2011

사이클로이드 감속기는 기계의 회전수를 조절하기위한 장치이다. 사이클로이드 감속기는 큰 토크로 변환시킬 수 있는 장점이 있지만 높은 회전수 에는 적합하지 않다. 한편 200톤 하중이 가해지는 수송기기에 있어서 감속기의 사용한계속도를 찾아내기는 불가능하다. 본 연구에서는 LS-DYNA를 이용하여 마찰손실동력을 수치 해석적으로 검토하였다. 최대토크3.5ton-m에 있어서 회전수 60rpm 그리고 162rpm으로 구동하여 해석을 수행한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다. 60rpm회전의 경우 최대응력은 RV gear의 경우 463MPa 핀기어의 경우 507MPa이 발생하였다. 마찰손실동력은 50kW이며, 162rpm의 경우 최대응력값은 RV gear와 핀기어 각각 550MPa, 538MPa이 발생하였다. 손실동력은 175kW이 발생하여 사용이 불가능하다는 것을 알 수 있었다.

• 한국해양공학회지
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• 제26권4호
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• pp.50-56
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• 2012

When a liquid cargo tank is partially filled with fluid, internal impact loads can be occurred from the vessel's motions. In this study, liquid sloshing problems with a thin top layer of particles with a lighter density than water and the coupling effects of the liquid-sloshing/vessel-motion were investigated in order to reduce the sloshing-induced impact loads. The PNU-MPS (Pusan-National-University-modified Moving Particle Simulation) method for solving the liquid motion inside a tank and the CHARM3D BEM (Boundary Element Method) based time-domain ship motion analysis program for vessel-motion simulation were coupled. From the simulation results, we could see that the floaters seemed to be quite effective at reducing the sloshing impact loads in the case of tank-only sloshing problems, but not as much for the coupling problem with vessel motion.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권2호
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• pp.83-90
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• 2010

해양파 중에서 2개 선체가 가까운 거리에 계류되어있는 경우에 2선체의 운동을 엄밀한 파 중 2 부유체 운동이론에 의하여 계산하였다. 2 선체의 방사 및 산란파 포텐셜은 특이파 수 현상이 없는 주파수영역 Improved Green 적분방 정식으로부터 구하였다. 규칙파 중에서 근접한 2선체가 서로 연결되지 않은 경우와 강체 연결장치로 병렬 계류된 된 경우의 운동 및 강체연결체에 작용하는 6방향 힘과 모오멘트를 해석하는 기법과 수치실험 결과도 보였다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제6권3호
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• pp.265-287
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• 2016

The change of the global performance of a turret-moored FPSO (Floating Production Storage Offloading) with DP (Dynamic Positioning) control is simulated, analyzed, and compared for two different internal turret location cases; bow and midship. Both collinear and non-collinear 100-yr GOM (Gulf of Mexico) storm environments and three cases (mooring-only, with DP position control, with DP position+heading control) are considered. The horizontal trajectory, 6DOF (degree of freedom) motions, fairlead mooring and riser tension, and fuel consumptions are compared. The PID (Proportional-Integral-Derivative) controller based on LQR (linear quadratic regulator) theory and the thrust-allocation algorithm which is based on the penalty optimization theory are implemented in the fully-coupled time-domain hull-mooring-riser-DP simulation program. Both in collinear and non-collinear 100-yr WWC (wind-wave-current) environments, the advantage of mid-ship turret is demonstrated by the significant reduction in heave at the turret location due to the minimal coupling with pitch mode, which is beneficial to mooring and riser design. However, in the non-collinear WWC environment, the mid-turret case exhibits unfavorable weathervaning characteristics, which can be reduced by employing DP position and heading controls as demonstrated in the present case studies. The present study also reveals the plausible cause of the failure of mid-turret Gryphon Alpha FPSO in milder environment than its survival condition.