공학석사 학위논문

세장체의 파랑중 거동에 대한 고찰

A Study on Behaviour of Slender Bodies in Waves

지도교수 조 효 제

년 월2012 2

한국해양대학교 대학원

조선해양시스템 공학과

신 다 래

공학석사 학위논문

세장체의 파랑중 거동에 대한 고찰

A Study on Behaviour of Slender Bodies in Waves

지도교수 조 효 제

년 월2012 2

한국해양대학교 대학원

조선해양시스템 공학과

신 다 래

을 다래의 으로 함本 論文 申 工學碩士 學位論文 認准

위원장 현 범수 공학박사 인( )

위 원 조 효제 공학박사 인( )

위 원 이 승재 공학박사 인( )

년 월2012 2

한국해양대학교 대학원

- III -

A Study on Behaviour of Slender Bodies in Waves

Shin Da Rae

Department of Naval Architecture and Ocean Systems Engineering

Graduate School, Korea Maritime University

Abstract

Exploration areas of maritime resources such as oil and natural gas

have gradually moved to deep sea areas. It became difficult to use

existing fixed marine structures which has high cost of build because

that are reached to economic uppermost limit. Therefore floating marine

structures and flexible marine structures are preferred. Particularly,

slender Bodies such as risers and pipes are important part of ocean depth

marine structures. slender Bodies are having more and more flexible

structures characteristics when they go deep water area overall length

becomes longer also slenderness ratio of diameter / length gets grow

relatively. In addition, dynamic behavior of slender Bodies is getting

complicated because external forces such as tide and wave are given

directly. In this study, in order to compensate for these problems, we

use to study flexible slender Bodies of different modulus of elasticity.

As a result, we compiled statistics and compared behavior of flexible

slender Bodies of different modulus of elasticity. In future we expect It

would be reference data for design of structure.

- IV -

Contents

Abstract ··························································································································Ⅲ

Nomenclatures ················································································································Ⅵ

List of Figures ············································································································Ⅶ

List of Tables ··············································································································Ⅷ

Photo of Tables ············································································································Ⅸ

서론1. ······························································································································1

연구 배경1.1 ················································································································1

연구 내용1.2 ················································································································2

이론2. ······························································································································3

탄성계수2.1 ··················································································································3

차원 규칙파2.2 2 ········································································································4

지배 방정식2.2.1 ······································································································4

경계조건2.2.2 ············································································································5

분산성관계2.2.3 ········································································································6

실험방법3. ····················································································································10

실험 기기3.1 ··············································································································10

차원 조파수조3.1.1 2 ····························································································10

예인 전차3.1.2 ········································································································11

용량식 파고계3.1.3 ································································································12

3.1.4 Video Recorder System ················································································13

실험 모형3.2 ··············································································································14

실험 방법3.3 ··············································································································15

에 의한 실험3.3.1 Video Recorder ····································································15

실험 조건 및 사진3.3.2 ························································································16

- V -

실험 및 결과 분석4. ··································································································19

비교4.1 WAVE ··············································································································19

비교4.2 MOTION ··········································································································22

비교4.3 WAVE + MOTION ····························································································24

결론4. ····························································································································29

참 고 문 헌····················································································································30

- VI -

Nomenclature

영의 계수:

E 탄성계수:

F 하중:

A0 재료 단면의 넓이:

∆ 재료의 길이 변화량:

재료의 원래 길이:

∅ 속도포텐셜:

수평방향 거리:

z 연직방향 거리:

u 수평방향 유속:

연직방향 유속:

p 압력:

t 시간:

g 중력가속도:

T 파주기:

파장:

파속:

- VII -

List of Figures

응력 변형률선도Fig.2.1.1 - (Stress Strain Diagram)················································3

Fig.3.1.1.1 2-Dimensional Ocean Engineering Basin············································10

모형의 측정 범위Fig.4.1 ······································································································19

아크릴 파고변화에 따른 변위변화Fig.4.1.1 case1( )_ ·················································20

폴리프로필렌 파고변화에 따른 변위변화Fig.4.1.2 case2( )_ ····································20

테프론 파고변화에 따른 변위변화Fig.4.1.3 case3( )_ ·················································21

파고변화와 탄성변화에 따른 변위변화Fig.4.1.4 ·······················································22

아크릴 모형의 모션주기변화에 따른 변위변화Fig.4.2.1 case1( )_ ·························22

아크릴 모형의 모션주기변화에 따른 변위변화Fig.4.2.2 case3( )_ ·························23

모형의 모션주기 일 때 탄성에 따른 변위변화Fig.4.2.3 1.5s ·······························23

아크릴 파정 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.1 case1( )_ ···············································24

아크릴 파저 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.2 case1( )_ ···············································24

테프론 파정 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.3 case3( )_ ···············································25

테프론 파저 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.4 case3( )_ ···············································26

아크릴 위상 파정 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.5 case1( )_ 180_ ·····························26

아크릴 위상 파저 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.6 case1( )_ 180_ ·····························27

테프론 위상 파정 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.7 case3( )_ 180_ ·····························27

테프론 위상 파저 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.8 case3( )_ 180_ ·····························28

아크릴 과 테프론 의 변위변화 비교Fig.4.3.9 case1( ) case3( ) ·································28

- VIII -

List of Tables

차원 규칙파의 특성을 나타내는 관계식 주기Table.2.2.3.1 2 _T( ) ························8

차원 규칙파의 특성을 나타내는 관계식Table.2.2.3.2 2 _ 파장( )·······················8

차원 규칙파의 특성을 나타내는 관계식Table.2.2.3.3 2 _ 파경사( ) ··················9

운동계측장비 사양Table.3.1.4.1 ··············································································13

모형별 탄성계수Table.3.2.1 ······················································································14

Table.3.3.2.1 Regular Wave Characteristics for Model Test ··························16

Table.3.3.2.2 Regular Motion Characteristics for Model Test ······················17

Table.3.3.2.3 Regular Wave + Motion Characteristics for Model Test ·······17

- IX -

List of Photos

Photo.3.1.1.1 Dimensional Ocean Engineering Basin ··········································11

Photo.3.1.2.1 Towing Carriage ··················································································12

Photo.3.1.3.1 Wave Recoder ························································································12

Photo.3.1.4.1 Video Recoder ······················································································13

Photo.3.2.1 Model of Experiment ··············································································14

카메라 교정 작업 실험 장면Photo.3.3.1.1 ····························································15

Photo.3.3.2.1 Actual Experimental Photo 1 ··························································17

Photo.3.3.2.2 Actual Experimental Photo 2 ··························································18

파고변화에 따른 변위변화Photo.4.1.1 ····································································21

- 1 -

서론1.

연구 배경1.1

수심이 얕은 해역에 매장된 해저 석유나 천연가스 등의 해저자원 개발이 거의

완료됨에 따라 해저자원 개발 대상 해역은 점차 수심이 깊은 곳으로 이동하게

되었다 탐사영역이 심해 영역으로 이동하면서 기존의 고정식 해양구조물은 건.

조비용이 비싸 경제적인 한계점에 도달하여 사용이 어려워지게 되었다 따라서.

부유식 해양구조물이나 유연식 해양구조물들이 보다 선호되고 있는 실정이다.

특히 이러한 심해용 구조물에 있어서는 라이저 파이프 등의 세, (riser), (pipe)

장체 해양구조물들이 중요한 부분을 차지한다.

세장체 해양구조물은 수심이 깊은 영역으로 갈수록 전체 길이가 매우 길어지

고 상대적으로 직경 길이의 세장비가 커지게 되어 점점 더 유연한 구조물의 특/

성을 지니게 되고 있다 세장체 구조물은 상. 부 구조물의 운동에 의해 야기된

가진력과 조류와 파랑과 같은 직접적인 외력을 받게 된다 또한 조류와 파랑과.

같이 흐름 방향 으로 작용하는 힘 외에도 이에 부차적인 와동방출(in-line)

이 발생하게 된다 이로 인하여 세장체 해양구조물의 동역학(vortex shedding) .

적 거동이 더욱 복잡해지고 해양구조물 시스템 전체 거동에 미치는 중요도 역,

시 증가하게 된다 결국 심해역에 투입되는 세장체 해양구조물에 관한 동역학.

적 해석이 요구되어 관련된 연구의 중요도가 높아지고 있는 추세이다.

세장체 해양구조물의 동력학적 특성에 대한 모형시험은 현존하는 시험 설비

대부분의 물리적인 한계로 인하여 기하학적 동역학적 상사관계를 모두 맞추는,

것이 거의 불가능하여 다양한 방법의 근사적인 모형시험 기법이 연구 개발되고

있다.

석유자원 탐사 및 개발 해양온도차 에너지 발전, 심해 천연 광물자원 개발,

등에 사용되는 라이저 나 파이프 는 재질이 철제관 등으로 되어있(riser) (pipe)

다 그러나 해양심층수를 취수하기 위한 취수관 등은 가볍고 유연한 다른 종류.

의 재질을 사용한다 따라서 세장체 해양구조물의 최적 설계를 위한 방안으로.

재질별 유연한 세장체 해양구조물의 거동에 대한 해석이 필요하다.

- 2 -

연구 내용1.2

본 연구에서는 유연한 세장체 해양구조물의 거동을 해석하였다 세장체 구조.

물은 전체 길이가 직경에 비해 상대적으로 긴 구조물로 수심이 깊은 영역으로

갈수록 전체 길이가 매우 길어지게 된다 따라서 상대적으로 직경 길이의 세장. /

비가 커지게 되어 점점 더 유연한 구조물의 특성을 지니게 되고 있다 이러한.

유연한 세장체 해양구조물은 외력의 영향을 많이 받게 되어 동역학적 거동이

더욱 복잡해지고 해양구조물 시스템 전체 거동에 미치는 중요도 역시 증가하,

게 된다 그러므로. 세장체 해양구조물에 관한 동역학적 해석이 요구되고 있는

추세이다 실험은 차원 조파수조와 예인전차를 이용하여 실험을 수행하였다. 2 .

각각의 탄성계수가 다른 아크릴 폴리프로필렌 테프론 개의 실험모형으로 실, , 3

험을 실시하였으며 각각 실험모형에 여러 경우의 주기와 파고를 주어 실험하,

였다 비디오레코더를 이용한 계측방법을 사용하여 각 계측치를 실험하고 비교.

및 통계하였다 그 결과 부유체에 파를 주거나 위치를 변화시켰을 경우 유체. ,

입자의 진행방향과 상관관계를 이루어 부유체의 변위 변화에 많은 영향을 주는

것으로 보였다.

- 3 -

이론2.

세장체 해양구조물의 거동 해석에 앞서 본 장에서는 실험에 사용되는 각 실험

모형의 탄성계수를 계산하고 차원 규칙파를 형성하기 위해서 차원 규칙파, 2 2

이론에 대한 지식을 알아보고자 한다.

탄성 계수2.1

탄성 계수 는 고체역학에서 재료의 강성도(modulus of elasticity) (stiffness)

를 나타내는 값이다 탄성 계수는 응력과 변형도의 비율로 정의 된다 재료의. .

시험편에 대한 인장 또는 전단 시험으로 얻은 응력 변형도 선도의 탄성 구간-

기울기로부터 탄성 계수를 결정할 수 있다.

응력 변형률선도Fig.2.1.1 - (Stress Strain Diagram)

응력과 변형률의 비는 비례 한계 내에서는 일정한다 이 일정한 관계를. Hook

의 법칙이라 한다 이 법칙에서 비례상수에 해당하는 값을 탄성계수라 하며 응.

력 변형률 선도에서 비례한계 이내의 직선부분의 기울기를 의미한다.

변형이 하중에 비례한다는 것은 년에 가 발표한1678 Robert Hooke “ut tensio

- 4 -

하중에 대한 신장 에 최초로 기록되sic vis( : as the stretch so the force)”

었는데 이 관계를 흔히 후크의 법칙이라 한다.

식 2.1.1

위 식에 나타난 후크의 법칙은 단지 응력 변형률 선도의 초기 직선 부분에 대-

한 것이라는 사실이 중요하다.

은 년에 재료의 강성을 측정하기 위해서 변형률에 대한 응력Thomas Young 1970

의 비율을 사용하라 것을 제안하였다 이 비율을 영의 계수. (Young’s modulus)

또는 탄성계수 라 하고 이는 응력 변형률 선도의 직선(modulus of elasticity) , -

부분의 기울기에 해당된다 영의 계수는 다음과 같이 나타낼 수 있다. .

∆

∆

식 2.1.2

탄성 계수 의 단위는 파스칼이며 는 작용하는 하중(E) , F , A0은 재료 단면의 넓

이 은 재료의 길이 변화량, l , l△ 0은 재료의 원래 길이이다.

차원 규칙파2.2 2

실제 해양에서의 파도는 불규칙적으로 일어나고 있다 그러나 불규칙 해양파.

의 수학적 표현과 취급법이 복잡하기 때문에 본 연구에서는 차원 규칙파를 형2

성하여 실험하였다.

지배 방정식2.2.1

유체를 비압축성 비점성이라 가정하고 유체입자는 비회전운동 표면장력도, ,

- 5 -

무시하였다 차원 규칙파의 속도퍼텐셜이 존재하며 방정식을 만족해. 2 Laplace

야 한다.

식 2.2.1.1

식 2.2.1.2

속도포텐셜 수평방향거리 연직방향거리 수평방향유속 연직방향유속 압력 밀도 시간 중력가속도

경계조건2.2.2

차원 규칙파가 만족해야 할 경계조건은 다음과 같다2 .

자유표면 조건(1)

운동학적자유표면경계조건 이라(Kinematic Free Surface Boundary Condition)

하는데 이것은 수면변동 속도와 포텐셜에 의해 산정되는 수면의 속도 관계에

의해 규정되는데 이것은 라 표현하고 다음과 같이 전개 된다 수면변동. KFSBC .

은 공간과 시간에 따라 변하기 때문에 차원인 것을 가정하여 자유 수면을 나2

타내면 이 되고, 가 되고 즉, 가 된다.

이때 F의 실질미분 이 되므로 다음의 식을 얻을 수 있다.

식 2.2.2.1

위 식을 속도 포텐셜을 도입하여 나타내었다.

식 2.2.2.2

- 6 -

압력일정 조건(2)

동역학적자유표면경계조건 이라 하(Dynamic Free Surface Boundary Condition)

고 이는 수면의 압력과 수면과 접해있는 대기압과의 관계를 규정짓는 것으로서

베르누이 방정식으로부터 다음과 같이 나타낼 수 있다.

식 2.2.2.3

해저면 조건(3)

자유 수면에 관한 운동학적 조건을 유도한 방법과 동일한 방법으로 해저면에

있어서 경계조건을 유도할 수 있다. 로서 해저면을 임의의 곡

면형으로 고려하면 이의 실질미분은 다음과 같이 표현된다, .

식 2.2.2.4

의 경우를 고려하고, u, w를 속도포텐셜로 나타내면 다음과 같은 해,

저면에 관한 불투과 조건을 얻는다.

식 2.2.2.5

위 식과 같이 되고 수심의 변화가 없는 경우, 이므로 위 식은 다음과

같이 간략화 된다.

식 2.2.2.6

분산성관계2.2.3

자유표면의 조건 식 에 차원 규칙파의 속도 퍼텐셜을 나타내는 식 을 대입() 2 ()

하면

- 7 -

식 2.2.3.1

∙ 식 2.2.3.2

∙∙ 식 2.2.3.3

∙∙ 식 2.2.3.4

∙∙ 식 2.2.3.5

식 2.2.3.6

∙∙∙∙

위와 같은 식이 나온다 상기 조건을 만족하기 위해서는 아래와 같이 계산하.

면 분산성 관계식이 나오는 것을 알 수 있다.

∙∙ 식 2.2.3.7

∙

∙

수심에 따라 파장 파주기 파속 등을 규정지어주는 분산성관계, , (dispersion

- 8 -

를 나타낼 수 있다relation) .

Quantity In terms of Any depthDeep water

(d>0.5)

Shallow

water

(d0.5)

Shallow

water

(d

- 9 -

Quantity In terms of Any depthDeep water

(d>0.5)

Shallow

water

(d

- 10 -

실험방법3.

실험 기기3.1

차원 조파수조3.1.1 2

실험에서 사용된 수조는 에 나타낸 바와 같이Fig.3.1 1× 1.3× 25m (B× D×

의 조파수조로 조파기는 피스톤 형식이다 수심 일 때 파고 까지 발L) . 0.8m 0.3m

생 가능하며 파주기는 까지 가능하다 양방향 조류발생장치도 겸비하고, 0.5~3s .

있지만 금번 실험에서는 조류중의 실험은 제외하였다 소파장치는 반사파의 영.

향을 최소화하기 위하여 하부에는 스펀지를 두고 상부에는 그물 형 소파재료를

사용하였다.

Fig.3.1.1.1 2-Dimensional Ocean Engineering Basin

- 11 -

Photo.3.1.1.1 Dimensional Ocean Engineering Basin

예인 전차3.1.2

실험에 사용된 예인전차는 원통형 실린더를 예인하기 위한 장비로서 종방향(X

방향 횡방향 방향 상하방향 방향), (Y ), (Z ), Rolling( 방향의 축을 동시 또는) 4

개별제어 할 수 있는 장치 있다 방식으로 구동하며 주행속도는. Rack & Pinion ,

감가속Vx=Max 1.5m/s, (ax)=0.5m/s2 주행거리는 약 이며 계측시간은 약 초18m 6

이상이다 축 방향에 대한 실험만 실시하여 나머지 방향에 대한 요구사양은. (x

생략한다.)

주행 레일 은 정밀 주행이 가능하도록 크롬 도금과 수평도 고(Running rail) ,

저도 및 평행도를 조정할 수 있도록 레일시스템을 구성하였다 또한 예인전차.

주행 시험 시 모형에 의해 발생되는 부력 등에 의해 전차가 부상할 가능성을

방지하기 위해 시스템을 주행 레일에 사용하였다LM Shaft .

- 12 -

Photo.3.1.2.1 Towing Carriage

용량식 파고계3.1.3

실험에서 사용된 용량식 파고계는 한 쌍의 평행한 와이어에서 물의 저항을 측

정하여 전압으로 출력하는 저항식 파고계이다 파고에 따른 비례적인 출력전DC .

압을 증폭하여 등으로 만족하는 출력을 얻고 신호를 외부계측기에SPAN, ZERO

보내준다.

Photo.3.1.3.1 Wave Recorder

- 13 -

3.1.4 Video Recorder System

비디오레코더 실험에 의한 구조물 운동계측장비 고화질카메라 사양은( ) Table

과 같다3.1.4.1, Fig 3.1.4.1 .

Specification

Model HDR-XR550

Sensor6.3mm(1/2.88)

“Exmor R”ClearVid CMOS

lens G lens (37mm), F 1.8~3.4

Shutter speed 3lux

운동계측장비 사양Table 3.1.4.1

Photo.3.1.4.1 Video Recorder

- 14 -

실험 모형3.2

실험에 사용된 탄성계수와 실제 모형 사진은 아래 첨부한 Table 3.2.1, Photo

과 같다3.2.1 .

모형 탄성계수(GPa)

case1 아크릴(MA) 2.943

case2 폴리프로필렌(PP) 1.57

case3 테프론(Teflon) 0.491

각 실험모형의 탄성계수Table.3.2.1

Photo.3.2.1 Model of Experiment

- 15 -

실험 방법3.3

에 의한 실험3.3.1 Video Recorder

차원조파수조에서 탄성계수가 각각 다른 지름이 인 세장체 모형을 가지고2 1cm

실험을 실행하였다 교정기 가로 세로 각각 를 사용하여 카메라와 실제에. ( , 1m)

대한 교정작업을 수행하였다 정확한 정보를 얻기 위해 교정기를 중앙을 중심.

으로 가로 세로로 간격씩 이동하면서 계측하였다 얻어진 영상으로부터, 10mm .

실측거리의 정보를 구하였다.

카메라 교정 작업 실험 장면Photo.3.3.1.1

- 16 -

실험 조건 및 사진3.3.2

실험은 차원 조파수조에서 지름이 인 아크릴과 폴리프로필렌 테프론으로2 1cm ,

된 탄성이 다른 재질로 구성된 모형을 예인전차에 연결하여 측정하였다 실험.

은 크게 으로 나Wave, Motion, Wave+Motion 누어 실험을 수행했다 실험의 재현.

성을 위하여 각 별로 번씩 실시하였다case 5 .

정도 높은 실험 데이터의 계측을 위해 예인전차의 주행 시 진동을 최소화하기

위해 예인전차를 교정과정을 실시하였다 또한 파랑중의 반사파의 영향을 최소.

화하기 위하여 소파장치 하부에는 스폰지를 두고 상부에는 그물형 소재를 사용

하여 반사파를 최대한 줄였다.

Table.3.3.2.1 Regular Wave Characteristics for Model Test

- 17 -

가지 환경 모두 위에wave, motion, wave+motion 3 나타나 있는 주기와 파고에

서 실험하였다 실험결과 값이 가장 크게. , 나타나는 의case 결과만 계측하였

다.

Table.3.3.2.2 Regular Motion Characteristics for Model Test

Table.3.3.2.3 Regular Wave & Motion Characteristics for Model Test

- 18 -

아래 사진은 실험한 장면이다.

Photo.3.3.2.1 Actual Experimental Photo 1

Photo.3.3.2.2 Actual Experimental Photo 2

- 19 -

실험 및 결과 분석4.

보시는 것과 같이 에서는 파 진행방향과 같거나 역방향으로 움직이는 구wave

조물의 최대 변위를 측정하였습니다 그리고 모션에서는 중간을 기준으로 모형.

을 씩 움직이게 하여 변위가 크게 나타나는 위상인 도 부분과 도0.15m 180 360

부분일 때 모형의 변위를 측정하였습니다 마지막으로 와 모션을 동시에. wave

주었을 때는 모형이 모션 중에 의 파정과 만났을 때와 파저와 만났을 때로wave

나누어 변위를 측정하였습니다.

모형의 측정 범위Fig. 4.1

비교4.1 WAVE

아크릴 이 파주기 일 때 파고 에 따른 모형의 변case1 ( ) 1.5s , 11.6cm, 18.4cm

위 변화입니다.

- 20 -

아크릴 파고변화에 따른 변위변화Fig.4.1.1 case1( )_

폴리프로필렌 이 파주기 일 때 파고 에 따른 모형case2 ( ) 1.5s , 11.6cm, 18.4cm

의 변위 변화입니다.

폴리프로필렌 파고변화에 따른 변위변화Fig.4.1.2 case2( )_

테프론 이 파주기 일 때 파고 에 따른 모형의 변case3 ( ) 1.5s , 11.6cm, 18.4cm

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위 변화입니다.

테프론 파고변화에 따른 변위변화Fig.4.1.3 case3( )_

값이 대칭적으로 나오지 않는 이유는 의 진행 방향과 같이 움직일 땐 파Wave

정이 진행과 역방향으로 움직일 땐 파저 부분이 오기 때문에 다른 영향을, wave

주어 값이 다른 것을 볼 수 있습니다.

진행 방향 진행역방향wave wave

파고변화에 따른 변위변화Photo.4.1.1

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파주기 초 파고 일 때 탄성 변화에 따른 비교입니다1.5 18.4cm .

파고변화와 탄성변화에 따른 변위변화Fig.4.1.4

비교4.2 MOTION

모형에 만 주었을 경우 아크릴 의 모션 주기 와 변화motion , case1 ( ) 1.5s 3.0s

에 따른 변위 비교입니다.

아크릴 모형의 모션주기변화에 따른 변위변화Fig.4.2.1 case1( )_

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의 모션 주기 변화에 따른 변위 비교입니다 모션만 주었을 경우 구조물Case3 .

의 변위가 비교적 좌우 대칭적으로 변화했습니다.

테프론 모형의 모션주기변화에 따른 변위변화Fig.4.2.2 case3( )_

모션 주기 초 일 때 탄성 변화에 따른 비교입니다1.5 .

모형의 모션주기 일 때 탄성에 따른 변위변화Fig.4.2.3 1.5s

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비교4.3 WAVE + MOTION

모션주기 위상 파주기 일 때 모형이 파정과 만나는 경우Case1 1.5, 360, 1.5

파고 변화에 다른 변위 비교입니다.

아크릴 파정 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.1 case1( )_

아크릴 파저 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.2 case1( )_

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그래프와 같은 조건의 모형이 파저와 만나는 경우 파고 변화에 다Fig.4.3.1

른 변위 비교입니다 그래프에서 네모와 동그라미로 표시된 부분이 파저와 만.

났을 때 변위입니다 파정과 만났을 때 보다 크게 변화하는 것을 볼 수 있습니.

다 모형의 모션 방향과 유체 입자 진행 방향의 상관관계로 인하여 이러한 결.

과가 나오는 것으로 예측된다.

테프론 모션주기 위상 파주기 일 때 모형이 파정과 만Case3 ( ) 1.5, 360, 1.5

나는 경우 파고 변화에 다른 변위 비교입니다.

테프론 파정 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.3 case3( )_

그래프와 같은 조건의 모형이 파저와 만나는 경우 파고 변화에 다Fig.4.3.3

른 변위 비교입니다 그래프에서 동그라미와 네모로 표시된 부분이 파저와 만.

났을 때 변위입니다 또한 과 같은 결과를 보여주고 있습니다. case3 case1 .

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테프론 파정 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.4 case3( )_

모션주기 위상 파주기 일 때 모형이 파정과 만나는 경우Case1 1.5, 180, 1.5

파고 변화에 다른 변위 비교입니다.

아크릴 위상 파정 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.5 case1( )_ 180_

그래프를 보시면 위상이 일 때와는 다르게 모형이 의 파정Fig.4.3.6 360 wave

부분과 만날 때 변위의 변화량이 큰 것을 알 수 있습니다 모형의 모션 방향과.

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유체 입자 진행 방향의 상관관계로 인하여 이러한 결과가 나오는 것으로 예측

된다.

아크릴 위상 파저 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.6 case1( )_ 180_

테프론 모션주기 위상 파주기 일 때 모형이 파정과Case3 ( ) 1.5, 180, 1.5

만나는 경우 파고 변화에 다른 변위 비교입니다.

테프론 위상 파정 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.7 case3( )_ 180_

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그래프와 같은 조건의 모형이 파저와 만나는 경우 파고 변화에 다Fig.4.3.7

른 변위 비교입니다 또한 과 같은 결과를 보여주고 있습니다. case3 case1 .

테프론 위상 파저 위치에 따른 변위변화Fig.4.3.8 case3( )_ 180_

모션주기 위상 파주기 파고 파저와 모형이 만나는 경우1.5, 360, 1.5, 18.4,

탄성 변화에 따른 비교입니다.

아크릴 과 테프론 의 변위변화 비교Fig.4.3.9 case1( ) case3( )

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결론5.

부유체의 운동에 의한 세장체의 변위는 대칭인 반면 파 또는 파와 부유체1. ,

의 운동을 동시에 고려하였을 경우에는 파정보다 파저의 영향을 크게 받아

변위가 크게 나타남

부유체의 운동 속도가 가장 빠른 원점 중심점 에서 변위가 가장 크게 나타2. ( )

남

본 실험 에서는 차원 측정만 하였지만 시각적으로 차원 운동이 발생하는3. 2 3

것을 알 수 있었고 향후 차원 측정을 통하여 세장체 구조물의 운동을 측, 3

정함으로서 설계에 대한 기본 데이터로 사용될 수 있을 것으로 사료됨

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참 고 문 헌

(1) S.K Chakrabarti, Hydrodynamics of Offshore Structures , Springer⟪ ⟫

Verlag, 2007

(2) P.H Yong, An Experimental and Numerical Study on Dynamics of a⎾

Flexible Marine Riser , SNAK.sancheong, 652~661P, 2004⏌

(3) Yanfei Chena, Y.H. Chaib, Xin Lia, , and Jing Zhoua, An extraction of⎾

the natural frequencies and mode shapes of marine risers by the method of

differential transformation , 2009⏌

(4) Chucheepsakkul, S., Huang, T. and Laohapotjanart, P, Effect of⎾

Axial Deformation on the Equilibrium Configurations of Marine Cable ,⏌

Proc. of the 5th International Offshore and Polar Engineering, ISOPE,

Vol. 2, 224~248p, 1995

(5) Huang, T., A Static Equilibrium Formulation including Axial⎾

Deformational Offshore and Polar Engineering , ISOPE, Vol. 2, 252~255p,⏌

1992

(6) Burke, B., An Analysis of Marine Risers for Deep Water , Offshore⎾ ⏌

Technology Conference Pper, OTC, 1973

(7) K,H Son. Ocean Waves Mechanics , 2008⟪ ⟫

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논문을 마감하며,

논문을 무사히 완성할 수 있도록 지도해 주신 조효제 교수님 정말 감사합니

다 학부생 때부터 석사 년 동안 교수님께 정말 많은 걸 배우고 경험하였습니. 2

다 기대 이상 보여드리지 못한 점 정말로 죄송합니다 그리고 논문 심사해주. .

신 현범수 교수님 이승재 교수님 감사합니다, .

년 동안 막내딸 뒷바라지 해준다고 고생한 우리 아빠 엄마 언니 정말로 고2 , ,

맙습니다 그 은혜 잊지 않고 보답할 수 있도록 노력하겠습니다. .

해양시스템 연구실의 실장 승훈이오빠 언주언니 균이오빠 동기들에게, , , 06

고마움을 전합니다 그리고 멀리 떨어져 있는 저를 항상 기다려주고 보고싶어.

해주는 은아 민정이 현주에게도 고마움을 전합니다, , .

아쉬움이 많이 남는 년이라는 시간이었습니다 항상 열심히 하고 싶었지만2 .

그렇지 못한 날이 더 많은 것 같아 후회되고 창피할 뿐입니다 하지만 앞으로.

는 년 동안의 경험과 배움을 바탕으로 점점 더 노력해 나가겠습니다2 .

1. 서론 1.1 연구 배경 1.2 연구 내용

2. 이론 2.1 탄성계수 2.2 2차원 규칙파 2.2.1 지배 방정식 2.2.2 경계조건 2.2.3 분산성관계

3. 실험방법 3.1 실험 기기 3.1.1 2차원 조파수조 3.1.2 예인 전차 3.1.3 용량식 파고계 3.1.4 Video Recorder System

3.2 실험 모형 3.3 실험 방법 3.3.1 Video Recorder에 의한 실험 3.3.2 실험 조건 및 사진

4. 실험 및 결과 분석 4.1 WAVE 비교 4.2 MOTION 비교 4.3 WAVE + MOTION 비교

5. 결론참 고 문 헌