안벽에 계류된 선박의 비선형 운동응답

Abstract

When a typoon gets into harbour, a moored ship shows erratic motions and even mooring line failure may occur. Such troubles may be caused by harbour resonance phenomena, resulting in large motion amplitudes at low frequency, which is close to the natural frequency of the moored ship. The nonlinear motions of a ship moored to quay are simulated under external forces due to wave, current including mooring forces in time domain. The forces due to waves are obtained from source and dipole distribution method in the frequency domain. The current forces are calculated by using slow motion maneuvering equation in the horizontal plane. The wind forces are calculated from the empirical formula of ABS and the mooring forces of ropes and fenders are modeled as linear spring.항만 내에서 선박 및 구조물의 안전성을 확보하기 위해 방파제를 설치한다. 특히 태풍이 내습할 경우에 방파제가 있다 하더라도 파랑이 항만내로 침투하여 선박에 커다란 운동을 야기 시킨다. 선박을 항내의 안벽에 로우프(rope)와 펜더(fender)로 고정시키더라도 태풍 내습시 파랑에 의해 공진 운동을 하며 심지어 어떤 경우에는 선박이 안벽위로 올라오기도 하며 이로 인해 선박에 커다란 손상을 주게 된다.이와 같은 이유로 구조물의 태풍으로부터의 안전성 여부와 대형 철구조물의 설치시 사용되는 계류계의 설계, 안벽이나 해상 섬과 같은 터미널의 설계 등에 있어서 계류계의 안전성 해석은 매우 중요하다(오태명과 염덕준, 1990). 계류 시스템이 장착된 구조물은 선형 파랑하중 뿐만 아니라 비선형 표류력을 받게 되는데, 계류된 구조물의 고유진동수와 저진동 표류력의 진동수가 비슷한 경우 대진폭 운동에 의하여 구조물과 계류계에 심각한 손상을 줄 수 있으므로 비선형 표류력은 반드시 고려 되어야 한다. 제1저자 이호영 연락처: 전라남도 무안군 청계면 도림리 61011-9539-9930 ocean-ship@hanmail.net그리고 조류 및 바람이 선수부와 각을 이루며 진행할 경우 이들에 의한 외력도 파력과 더불어 구조물의 운동에 중요한 외력이므로 반드시 고려되어야 한다(최윤락 등, 1994).본 연구에서는 불규칙 파랑중의 안벽이 있는 해상에 계류된 선박의 거동을 해석하기 위해 우선 안벽 효과를 고려한 유체력을 계산하였고, 선형 및 비선형 파랑 강제력을 그리고 계류계를 고려하여 조류력, 풍력 및 계류력과 시간기억효과를 고려하여 구조물의 운동을 수치모사하였다.동유체력은 3차원 패널법을 사용하여 계산하였고 이를 이용하여 선형 운동응답을 추정하였다. 비선형 표류력은 직접 적분법을 이용하여 계산하였고, 조류력은 선박조종성능 해석을 위해 사용된 저속 조종수학모델을 사용하였다(Kim, 1999). 바람에 의한 외력은 ABS에서 제안한 경험식을 사용하여 계산하였다.천이 운동을 해석하기 위해 시간 기억효과 함수를 고려하고 파력, 조류력, 풍력 및 계류력을 모델링하여 최종 운동방정식을 완성하였고 시간에 따른 구조물의 6자유도 운동을 수치모사 하였다. 2. 수학적 정식화