OpenFOAM을 이용한 계류 시스템의 동적 해석 프로그램 개발

Abstract

부유식 해상 구조물은 작업 중 위치 유지 시스템을 위해서 계류선을 사용한다. 계류 시스템을 사용하는 부유식 구조물의 경우에는 정확한 구조물의 거동 해석을 위해서 계류선의 영향이 고려되어야 한다. 계류선의 운동은 비선형성을 띄기 때문에, 시간에 따른 계류선의 형상, 장력을 현수선(catenary) 계류선으로 표현하기에 한계가 존재한다. 본 연구에서는 계류선의 동적 해석을 수행하기 위하여 집중 질량법(lumped mass method)을 사용하여 계류선을 설계하였다. 하나의 계류선은 여러 개의 질점과 무게가 거의 없는 탄성력을 가진 스프링으로 구성되어 있으며, 이 단계에서는 질점의 부가 질량과 항력으로 인한 감쇠력의 영향은 고려되지 않는다. 설계된 계류선이 연결된 부유식 구조물의 운동을 해석하기 위해서 점성의 효과를 고려하는 전산 유체 역학(Computational Fluid Dynamics) 해석 방법을 사용하였다. 계류 시스템의 해석 프로그램은 C++ 라이브러리 기반의 오픈 소스 프로그램인 OpenFOAM과 연결되어 부유식 구조물과 계류 시스템의 커플링(coupling) 해석을 수행하였다. 계류선이 연결된 부유식 구조물의 운동 응답 해석을 진행하였고, 수치해석 결과를 상용 계류 해석 프로그램인 Orcaflex 결과와 참조한 Quasi-static 해석결과 그리고 실험 결과와 비교 및 분석하였다.