• Ocean Systems Engineering
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• 제1권4호
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• pp.285-296
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• 2011

Spar platforms have several advantages for deploying wind turbines in offshore for depth beyond 120 m. The merit of spar platform is large range of topside payloads, favourable motions compared to other floating structures and minimum hull/deck interface. The main objective of this paper is to present the response analysis of the slack moored spar platform supporting 5MW wind turbine with bottom keel plates in regular and random waves, studied experimentally and numerically. A 1:100 scale model of the spar with sparD, sparCD and sparSD configuration was studied in the wave basin ($30{\times}30{\times}3m$) in Ocean engineering department in IIT Madras. In present study the effect of wind loading, blade dynamics and control, and tower elasticity are not considered. This paper presents the details of the studies carried out on a 16 m diameter and 100 m long spar buoy supporting a 90 m tall 5 MW wind turbine with 3600 kN weight of Nacelle and Rotor and 3500 kN weight of tower. The weight of the ballast and the draft of the spar are adjusted in such a way to keep the centre of gravity below the centre of buoyancy. The mooring lines are divided into four groups, each of which has four lines. The studies were carried out in regular and random waves. The operational significant wave height of 2.5 m and 10 s wave period and survival significant wave height of 6 m and 18 s wave period in 300 m water depth are considered. The wind speed corresponding to the operational wave height is about 22 knots and this wind speed is considered to be operating wind speed for turbines. The heave and surge accelerations at the top of spar platform were measured and are used for calculating the response. The geometric modeling of spar was carried out using Multisurf and this was directly exported to WAMIT for subsequent hydrodynamic and mooring system analysis. The numerical results were compared with experimental results and the comparison was found to be good. Parametric study was carried out to find out the effect of shape, size and spacing of keel plate and from the results obtained from present work ,it is recommended to use circular keel plate instead of square plate.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.200-206
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• 2013

해역별 조위편차 특성을 규명하기 위해 푸리에(Fourier)해석과 함께 웨이블릿(Wavelet)분석을 실시하였다. 푸리에 해석결과 조석관련성분은 단주기, 계절풍 성분은 중주기에 분포하고 있음을 보이고 있다. 웨이블릿 분석에서는 3시간 주기부터 8개월 이상 주기까지 주기별로 분리한 후 24시간 이내의 단주기, 1일~16일의 중주기 및 1개월 이상의 장주기로 구분하여 주기별 특성을 파악하였다. 24시간 이내 단주기 성분의 조위편차는 조석예측 오차에 기인하고 있으며 조차가 큰 서해안에서 크게 나타나고 있다. 또한 태풍에 의한 주기성분은 대략 12시간 정도인 단주기에 집중적으로 나타나고 있다. 1일~16일 주기의 중주기 성분의 경우 서해안에서 동절기에 특히 활성화되고 있어 계절풍 영향이 매우 큰 것으로 나타나고 있다. 따라서 순수한 해일고 성분은 중주기에 집중되고 있으며 해역별로 뚜렷한 특성차를 보이고 있다. 또한 모든 해역에서 유사하게 나타나고 있는 장주기 성분은 평균해수면 변화에 의한 것으로 파악되고 있다.

• Spatial Information Research
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• 제17권3호
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• pp.341-350
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• 2009

전 세계적인 지구온난화로 인해 태풍의 강도와 규모가 커지고 있고 이로 인한 사회경제적인 피해가 갈수록 증가하고 있는 상황에서 사전에 침수예상지역 및 예상피해규모를 파악하고, 대비하는 일은 아주 중요하다. 이 논문에서는 2003년 부산과 경남지역 연안을 강타한 태풍 Maemi(매미)의 이동경로에 태풍 매미를 비롯하여 Vera(베라)(일본 이세만, 1959), Durian(두리안)(필리핀, 2006) 그리고 2005년 미국을 강타한 허리케인 Katrina(카트리나)의 특성을 갖는 슈퍼태풍의 내습을 가정하여 해운대 해수욕장 인근 도심지역의 침수피해규모를 추정하였다. 태풍별 해수면 상승고는 기존 연구자들의 수치모델링 결과를 토대로 육상표고와 해저수심의 서로 다른 기준면을 통일시킨 후 계산하였고, 항공 LiDAR 자료를 기반으로 GIS 공간분석기술을 이용하여 침수고, 침수면적 및 건물피해액을 추정하였다. 태풍의 강도와 규모가 점점 커지고 있고, 우리나라에도 근년에 Katrina(카트리나)급의 슈퍼태풍이 내습할 가능성이 클 것으로 예상되는 상황에서, 이 연구결과는 연안 도심지역에 대한 해안침수예상도와 범람피난지도를 제작하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제23권2호
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• pp.139-145
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• 2017

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.

• 해양환경안전학회지
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• 제26권7호
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• pp.922-930
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• 2020

지난 10년간 복원력 상실에 의한 어선의 해양사고가 지속해서 증가하고 있으며, 갑작스러운 강풍이 주요 원인으로 지적되고 있다. 이러한 강풍에도 견딜 수 있는 어선의 운동·조종성능을 확보하기 위해서는 정밀한 풍하중 예측 기법이 우선되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 전산유체역학 기법을 이용한 어선의 풍하중 평가기법을 개발하고자 한다. 특히, 고도 변화에 따라 풍속이 변화하는 계산환경을 모사하여 그 결과를 균일한 속도분포를 가정한 수치해석 결과와 비교 분석하고자 한다. 본 연구에서는 0-180°까지 15° 간격으로 13개의 방향에 대해 풍하중을 계산하였으며, 계산에 사용된 메쉬 모델은 메쉬 의존성 시험을 수행하여 개발하였다. 전산수치해석은 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) 기반 상용 해석 Solver인 STAR-CCM+(Ver. 13.06)와 k-ω 난류 모델을 이용하여 정상상태(Steady State) 유동해석을 수행하였다. 수치해석결과를 간략히 살펴보면 Surge, Sway 및 Heave에서 39.5 %, 41.6 % 및 46.1 % 풍하중이 감소하였으며 Roll, Pitch 및 Yaw에서 48.2 %, 50.6 % 및 36.5 % 감소하였다. 결론적으로 본 연구에서는 고도에 따른 풍속 변화 모델을 통해 기존보다 정밀한 수준의 풍하중 추정이 가능한 것을 확인하였으며, 그 결과가 선박의 풍하중 추정 평가기법 발전에 이바지하길 기대한다.

• 한국지구과학회지
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• 제22권4호
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• pp.317-326
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• 2001

한국 서남해안에 위치한 반폐쇄형 함평만 해안선은 대부분 높이 3m 미만의 급한 경사면을 가진 해안절벽으로 이루어져 있다. 해안절벽은 주로 연약한 풍화암 또는 적색 토양층으로 구성되어 있어 매우 불안정하며, 활발한 침식활동이 진행되고 있다. 1976년과 1990년에 촬영된 항공사진을 이용한 단사진 측정법(photogrammetry)을 통하여 이들 해안절벽 침식에 따른 해안선 변화(후퇴)를 정량적으로 계산한 결과, 함평만 해운리 해안선의 침식율(후퇴율)은 매년 1${\sim}$2m 정도로 계산되었으며, 이는 장 외(1999)에 의하여 현장에서 직접 관측${\cdot}$측정된 침식율과 일치하는 것으로 나타났다. 따라서 보 연구에서 적용한 단사진 측정법은 앞으로 해안선의 장기적 변화를 정량화하고 해석하는데 매우 유용한 방법으로 평가된다. 또한, 함평만에서의 활발한 해안침식은 간헐적으로 발생되는 고에너지의 태풍 및 폭풍에 의한 이상고조와 매우 불안정한 토양으로 구성된 해안절벽의 지질 특성 등의 복합적인 상호작용에 의한 것으로 해석된다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.49-49
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• 2008

ZnO-based varistors have been widely used for voltage stabilization or transient surge suppression in electric power systems and electronic circuits. Recently, It has reported that the varistor behavior with nonlinear coefficient of 6~17 in Mn-doped ZnO. In this study we have chosen the composition of ZnO-$TeO_2-Mn_3O_4$ (ZTM) system to the purpose of whether varistor behavior appeared in doped ZnO by the solid state sintering or not. We investigated the sintering and electric properties of 0.5~3.0 at% Mn doped ZnO-1.0 at% $TeO_2$ system. Electrical properties, such as current-voltage (I-V), capacitance-voltage (C-V), and impedance spectroscopy were conducted. $TeO_2$ itself melts at $732^{\circ}C$ in air but forms the $ZnTeO_3$ phase with ZnO as increasing temperature and therefore retards the densification of ZnO to $1000^{\circ}C$. The average grain size of sintered samples was at about $3{\mu}m$ and decreased with increasing Mn contents. It was found that a good varistor characteristics were developed in ZTM system sintered at $1100^{\circ}C$ (nonlinear coefficient $\alpha$ ~ 60). The results of C-V characteristics such as barrier height ($\Theta$), donor density ($N_d$), depletion layer (W), and interface state density ($N_t$) in ZTM ceramics were $4\times10^{17}cm^{-3}$, 0.7 V, 40 nm, and $1.6\times10^{12}cm^{-2}$, respectively. It will be discussed about the stability and homogeneity of grain boundaries using distribution parameter ($\alpha$) simulated with the Z(T)"-logf plots in ZTM system.

• 한국환경과학회지
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• 제19권10호
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• pp.1187-1201
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• 2010

The formation and development conditions of the cloud streets over the yellow sea by the Cold Surge of Siberian Anticyclone Expansion which produce the heavy snowfall events over the southwestern coast, Honam District of the Korean peninsula, has been investigated through analyses of the three dimensional snow cloud structures by using the CAPPI, RHI, VAD and VVP data of X-band Radar at Muan Weather Observatory and S-band Radar at Jindo Weather Station. The data to be used are obtained from January 04, 2003, when heavy snow storm hits on Gwangju and Honam District. The PPI Radar images show that the cloud bands distribute in perpendicular to the expansion direction of the high pressure and that the radius of cloud cells is about 5~8 km with 20~30 dBz and distance between each cell is about 10 km. And but the vertical Radar images show that the cloud street is a small scale convective type cloud within height of about 3 km where a stable layer exists. From the VVP images, the time period of the high pressure expansion, the moving direction and development stages of the system are delineated. Finally, the vertical distribution of wind direction is fairly constants, while the wind speed sheer increases with altitude to 3 km.

• 한국해양공학회지
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• 제35권3호
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• pp.191-202
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• 2021

Studies on very large offshore structures are increasing owing to the development of deep sea, large-scale energy generation using ocean resources, and so on. The enlargement of offshore structures makes the hydroelastic effect and low natural frequency related responses important. Numerical analyses and model tests for hydroelastic and higher-order springing responses of fixed cylindrical structures are conducted in this study. The panel methods with and without the hydroelastic effect with shell elements, and the Morison analysis method with beam elements are applied. To observe the hydroelastic effect for structural strength, two structures are considered: bottom-fixed cylindrical structures with high and low bending stiffnesses, respectively. The surge motions at the top of the structure and bending stresses on the structure are observed under regular and irregular wave conditions. The regular wave conditions are generated considering the ratios of the cylindrical outer diameter to the wave lengths, and keeping the wave steepness constant. The model tests are performed in the three-dimensional ocean engineering basin in the KRISO (Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering). From the numerical and experimental results, in which the hydroelastic responses are only observed in the case of the structure with a low bending stiffness, it is confirmed that the hydroelastic responses are highly dependent on the structural stiffness. Additionally, the higher-order phenomenon on the specified wave condition is analyzed by observing the higher-order springing responses when the incident wave frequency or its multiples with the high wave height coincides with the natural frequency of the structure.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.211-211
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• 2021

최근에 기후변화로 인한 한반도에 내습하는 태풍에 빈도는 점차 증가하고 있다. 2020년도 8월 26일 태풍 '바비', 9월 2일 태풍 '마이삭', 9월 7일 태풍 '하이선'은 일주일 내의 간격으로 한반도를 내습하였다. 한반도에 내습한 태풍 중에서 마이삭과 하이선은 동쪽 해역을 지나가면서 강풍과 많은 강우를 초래하였다. 그 결과 특정 원전은 자동 가동중지가 발생되는 사태를 야기 시켰다. 본 연구에서는 원자력 발전소 인근 해역에서 폭풍해일에 의한 가능최대파고 높이를 추정함으로써 발전소 안전성에 대한 검토에 목적을 두고 있다. 이를 위해 첫 번째로 '2019 전국 심해 설계파 산출 보고서'를 바탕으로 원전 인근 해역 심해 설계파 지점에 대해 파고, 주기, 해상풍과 같은 변수들을 분석하였다. 그 결과를 바탕으로 100년부터 1000만년까지의 변수들을 예측하였다. 두 번째로 해도자료를 바탕으로 GIS를 통한 지형자료를 구축하였다. 구축된 지형자료를 바탕으로 SWAN 모델의 기초자료를 구성하였다. 세 번째로 추정된 변수들과 구축된 지형자료를 바탕으로 100년부터 1000만년까지의 시나리오별 SWAN 시뮬레이션을 통해서 원전 인근 해역에 대한 가능 최대 파고 높이를 분석하였다. 그 결과를 바탕으로 특정 원전인근 해역에서의 평균적인 파고 높이에 대한 재해도 곡선을 추정하고 제시하였다. 본 연구를 바탕으로 향후 확률론적인 분석 방법을 적용하여 불확실성을 고려한 재해도 곡선 추정 과정의 기초자료로 활용될 수 있다. 또한 EurOtop을 적용하여 파고 높이에 따른 원전부지의 Overtopping을 추정하고, 최종적으로 폭풍해일에 의한 원전부지의 2차원 침수해석의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 이를 통해 홍수 방지 및 예방과 관련한 홍수저감 활동과 관련된 통제실 외부 시설물에 대한 수동 조작에 대한 안전성 평가가 이루어질 수 있겠다.