• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권6호
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• pp.91-100
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• 2012

구조물 안정성 평가를 위한 무선 모니터링 시스템의 경우 신뢰성을 확보할 수 있는 측정거리에 한계가 존재한다. 본 연구의 목적은 무선 모니터링 시스템에서 측정거리의 변화가 계측된 데이터의 미치는 영향을 파악하는 것이다. 이를 위해 데이터로거와 수신기 사이는 블루투스 규격을, 수신기와 화면출력장치 사이는 와이파이 규격을 이용하여 무선 모니터링 시스템을 구축하였다. 모노파일 구조물의 하중응답을 모사하기 위하여 나일론 재질로 모형 모노파일을 제작하였으며, 해머 타격장치를 이용하여 하중재하를 실시하였다. 모형 모노파일에 설치된 전기저항식 변형률계를 데이터로거에 연결하여 모니터링을 수행하였다. 데이터로거와 수신기 사이의 거리 그리고 수신기와 화면출력장치 사이의 거리를 변화시켜 거리에 따른 측정값을 비교하였다. 실험결과, 블루투스 규격과 와이파이 규격 모두 유효범위 내에서는 측정거리의 증가에 따라 데이터 수신율이 거의 일정하였으나, 유효범위를 넘어서는 데이터의 수신율이 급격히 감소하는 경향이 관찰되었다. 또한, 데이터의 수신율은 모노파일의 고유주파수 분석에도 영향을 주는 것으로 나타났다. 본 연구에서 수행한 무선 모니터링 시스템의 유효범위 평가는 해상에 설치되는 모노파일과 같은 구조물의 안정성 평가를 위한 무선 모니터링 시스템 구성시 측정거리의 결정에 기초적 자료로 활용될 수 있음을 보여준다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.222-231
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• 2016

최근 해상풍력터빈에 대한 하부구조물로 재킷 또는 트라이포드 형태의 고정식 하부구조물이 기존의 모노파일을 대체하는 좋은 대안으로 제시되고 있다. 이러한 재킷 또는 트라이포트 하부구조물은 이미 기술성숙도가 높고 25-50 m 사이의 중수심에서 경제성 확보가 가능하다. 본 논문에서는 모노파일을 포함하여 트라이포드, 재킷 하부구조물을 채택한 고정식 해상풍력터빈에 대하여 지반물성치 및 하중의 불확실성, 그리고 세굴 깊이를 고려하여 신뢰성 해석을 수행하였다. NREL 5 MW 풍력터빈 제원을 이용한 수치해석을 통하여, 지반물성치의 불확실성을 고려한 신뢰도 지수 분석 결과 모노파일 기초를 채택한 해상풍력터빈의 신뢰도 지수가 세굴깊이가 증가함에 따라 크게 감소하는 것을 알 수 있었으며, 재킷 또는 트라이포드 기초를 채택한 경우 세굴깊이가 신뢰도 지수에 미치는 영향이 크지 않음을 알 수 있었다. 결론적으로 재킷 또는 트라이포드 기초를 채택한 해상풍력터빈의 경우 지반-말뚝 상호작용을 고려하지 않아도 구조 신뢰성 해석을 수행할 수 있으나, 모노파일을 채택한 경우, 신뢰성 해석 시 지반물성치 및 이에 포함되어 있는 불확실성의 정보가 상대적으로 중요함을 알 수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.343-350
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• 2015

천해역에서의 해상풍력터빈의 기초 형식으로 모노파일, 트라이포드, 재킷 등의 고정식 기초 사이의 최적의 지지구조물 선별에 대한 논의가 세계적으로 활발하게 되어왔다. 다양한 기초 형식 가운데 어떤 기초를 최종 선택하기 위해서는 경제성과 함께 동적설계 측면에서의 검토도 필요하다. 이 연구에서는 고정식 기초를 해상풍력터빈의 기초로 적용하는 경우 전체 구조물의 고유주파수에 미치는 하중 및 지반 물성치의 불확실성의 영향을 정량적으로 검토하였다. 연구결과, 모노파일의 고유주파수의 변동이 가장 심한 것을 알 수 있었고, 따라서 모노파일 기초를 설계에 반영하는 경우에는 지반 물성치의 불확실성을 최소화시키는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제20권2호
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• pp.84-90
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• 2017

본 연구는 3차원 CFD(Computational Fluid Dynamics)이용하여 모노파일 기초 주변의 환형 세굴방지공에 의한 세굴방지 효과를 파악하였다. Torsethaugen(1975)의 수리모형 실험결과를 바탕으로 FLOW-3D의 해석결과를 검증하였다. 검증결과를 바탕으로 유속변화에 따른 세굴을 연구한 결과, 유속이 증가할수록 최대 세굴심과 세굴폭 또한 증가하는 경향을 확인하였다. 모노파일 기초 주변에 세굴방지 효과 연구를 위해 바닥면에 환형 세굴방지공을 부착하여 수치실험을 수행하였으며, 약 68.5%의 세굴 감소 효과를 확인했다. 또한 하강 유속과 구조물 주변 저층 유속이 감소한 것을 확인하였고, 이는 세굴방지공이 세굴에 영향을 미치는 하강류의 저감 효과를 보이는 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2C호
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• pp.61-68
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• 2012

일반적으로 해양 말뚝기초의 경우 해양 환경적 영향 및 시공상의 오차로 인해 수직도 오차가 필연적으로 발생한다. 해양구조물의 경우 수평하중이 아닌 수직하중에 의해 설계가 지배적이나, 해상풍력발전기 기초의 경우 수평하중이 지배적이며, 블레이드 회전에 의한 동적인 운동을 하는 구조형식으로 수직도 오차가 구조적으로 중요한 영향을 끼칠 수 있다. 이에 본 연구에서는 5MW급 해상풍력발전기 모노파일 기초의 수직도 오차에 따른 기초와 지반의 구조응답 특성을 분석하였다. 해양환경하중은 ISO 기준에 의해 산정하였으며, 수직도 오차 범위는 $L/{\infty}$(=0), L/300, L/200 및 L/100로 선정하였다. 해석결과 수직도 오차가 없는 모노파일에 비해 L/100 오차를 갖는 지반의 부재력 최대 값이 약 7.2%정도 더 증가되는 것으로 분석되었다.

• 한국CDE학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.193-209
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• 2015

For reasons such as global warming, depletion of fossil fuels and the danger of nuclear energy the research and development of renewable energy is actively underway. Wind energy has advantages over another renewable energy in terms of location requirements, energy efficiency and reliability. Nowadays the research and development area is expanded to offshore because it can supply more wind reliability and free from noise pollution. In this study, the monopile offshore wind turbine transportation and installation (T&I) process are investigated. In addition, the schedule and cost for the process are estimated by discrete event simulation. For the simulation, simulation models for various means of T&I are developed. The optimum T&I execution plan with shortest duration and lowest cost can be found by using different mission start day and T&I means.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.347-355
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• 2013

A damage estimation method for monopile support structure of offshore wind turbine using modal properties and committee of neural networks is presented for effective structural health monitoring. An analytical model for a monopile support structure is established, and the natural frequencies, mode shapes, and mode shape slopes for the support structure are calculated considering soil condition and added mass. The input to the neural networks consists of the modal properties and the output is composed of the stiffness indices of the support structure. Multiple neural networks are constructed and each individual network is trained independently with different initial synaptic weights. Then, the estimated stiffness indices from different neural networks are averaged. Ten damage cases are estimated using the proposed method, and the identified damage locations and severities agree reasonably well with the exact values. The accuracy of the estimation can be improved by applying the committee of neural networks which is a statistical approach averaging the damage indices in the functional space.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제22권7호
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• pp.667-675
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• 2012

A damage estimation method for support structure of offshore wind turbine using modal parameters is presented for effective structural health monitoring. Natural frequencies and mode shapes for a support structure with monopile of an offshore wind turbine were calculated considering soil condition and added mass. A neural network was learned based on training patterns generated by the changes of natural frequency and mode shape due to various damages. Natural frequencies and mode shapes for 10 prospective damage cases were input to the trained neural network for damage estimation. The identified damage locations and severities agreed reasonably well with the accurate damages. Multi-damage cases could also be successfully estimated. Enhancement of estimation result using another parameters as input to neural network will be carried out by further study. Proposed method could be applied to other type of support structure of offshore wind turbine for structural health monitoring.

• 한국해양공학회지
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• 제31권4호
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• pp.281-287
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• 2017

In the case of fixed offshore wind turbines, scouring phenomena have been reported around sub-structures as a result of currents, which seriously damage the structural stability. A parametric study of the various sub-structures of a fixed offshore wind turbine was performed to investigate their effects on the scouring phenomena. For a suction bucket foundation and monopile, the effects of the stick-up heights and water depth were studied, respectively. The open source libraries, called OpenFOAM, were used to simulate a violent flow around a foundation. The numerical methods were selected based on a two-dimensional analysis of a suction bucket. Based on the results for various stick-up heights, a larger scouring region was observed with an increase in the stick-up height because of the down-wash flow around a foundation. Based on the results for various monopile water depths, the water depth had an insignificant effect on the scouring.

• Geomechanics and Engineering
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• 제19권1호
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• pp.79-91
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• 2019

Renewed interest in the long-term pile foundations has been driven by the increase in offshore wind turbine installation to generate renewable energy. A monopile subjected to repetitive loads experiences an evolution of displacements, pile rotation, and stress redistribution along the embedded portion of the pile. However, it is not fully understood how the embedded pile interacts with the surrounding soil elements based on different pile geometries. This study investigates the long-term soil response around offshore monopiles using finite element method. The semi-empirical numerical approach is adopted to account for the fundamental features of volumetric strain (terminal void ratio) and shear strain (shakedown and ratcheting), the strain accumulation rate, and stress obliquity. The model is tested with different strain boundary conditions and stress obliquity by relaxing four model parameters. The parametric study includes pile diameter, embedded length, and moment arm distance from the surface. Numerical results indicate that different pile geometries produce a distinct evolution of lateral displacement and stress. In particular, the repetitive lateral load increases the global lateral load resistance. Further analysis provides insight into the propagation of the shear localization from the pile tip to the ground surface.