고차경계요소법이 적용된 해양구조물 유한요소해석 프로그램 개발

Abstract

해양에 설치되는 부유식, 고정식 해양구조물은 20년 이상의 생애주기를 갖도록 설계되며 운용기간 동안의 구조안전성의 확보가 매우 중요하다. 특히, 해양구조물은 설치환경의 특성 상, 시간에 따라 변동하는 다양한 형태의 해양환경하중에 노출되므로 작용하는 해양환경하중의 산정과 적용이 구조강도 평가의 핵심사항 중 하나이다. 특히 시간에 따른 동적효과가 큰 파랑하중에 대해서는 면밀한 분석과 평가가 동반되어야 구조강도 평가의 정확성이 보장된다. 일반적으로 파랑하중의 산정과 적용을 위해서는 유동해석이 선행되고 결과의 분석과 후처리를 통하여 구조하중으로 변환하여 수행한다. 유동해석 결과를 강도해석을 위한 구조하중으로 변환하기 위해서는 프로그램들 간의 입·출력 프로토콜이 상이함과 유체-구조 격자의 불일치 등의 문제를 해결하기 위한 인터페이스가 필요하다. 하지만 이러한 인터페이스는 상용 프로그램 간에 적용하기에는 한계가 존재하며 일반적으로 특정 조건에 대하여 부분적으로 개발되거나 수동으로 변환하여 활용되고 있다. 본 연구에서는 해양환경하중을 고려한 해양구조물의 구조해석을 위하여 자체 개발한 고차경계요소법 기반의 유동해석 프로그램(MILNHYDH)과 연계된 보 및 쉘 요소 기반의 유한요소해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 유한요소해석 프로그램은 이론해가 알려진 평판 모델을 대상으로 격자 수렴성 테스트를 수행하고 자켓 접합부에 관한 쉘 요소 구조해석을 통한 응력집중계수를 상용프로그램과 비교 검증하였으며 정확성을 확보하였다. 또한 고차경계요소법 기반의 유동해석 프로그램으로 파랑하중을 산정 및 구조하중으로 변환하여 자켓 및 전선구조해석을 수행하여 개발된 프로그램