This dissertation proposes an effective numerical method to integrate hydro-static and dynamic analysis of floating structures. In general, the waterline of floating structures is calculated through hydrostatic analysis and is used to construct wet-surface meshes for hydrodynamic analysis of floating structures. Those are time consuming and complicated tasks, in particular, when various loading conditions are considered. This study focuses on resolving the difficulties. A floating structure is modeled using the finite element method and the external fluid is modeled using the boundary element method. A single mesh is used for both hydro-static and dynamic analyses. Adopting a non-matching mesh treatment technique, the wet surface mesh of the floating structure does not need to match with free surface. Hydrodynamic analysis considering both rigid and flexible floating structures is possible without remeshing in various loading conditions. The effectiveness of the proposed method is demonstrated through several numerical examples.
In addition, we propose an efficient method for calculating the transfer function of stress in the frequency domain for hydroelastic analysis. After performing hydroelastic analysis in the frequency domain, stress values in the form of harmonic response with real and imaginary components are obtained. These stress values need to be combined to calculate representative stresses such as von-Mises stress and principal stress, which are non-harmonic responses, and require direct calculation of values over time to find the maximum value during one period. To overcome this challenge, this study proposes a method to efficiently obtain the transfer function of stress in the frequency domain for evaluating the strength of structures. This method is expected to be a valuable tool for implementing integrity analysis and real-time monitoring systems for structures, as well as evaluating the ultimate strength and fatigue strength of structures in reliability analysis.
본 학위연구에서는 부유식 구조물의 정적 및 동적해석을 통합하기 위한 효과적인 수치해석 방법을 제안한다. 일반적으로 부유식 구조물의 흘수선은 정적해석을 통해 계산되며 부유식 구조물의 동적 해석을 위한 접수면의 메쉬 모델을 구성하는데 사용된다. 다양한 하중 조건을 경험하는 부유식 구조물의 경우 하중 조건의 개수만큼 메쉬모델을 작성해야 하므로 많은 어려움이 있다. 이 연구는 단윌 메쉬모델을 이용하여 다양한 하중조건을 가진 부유식 구조물의 동적해석을 수행하고자 한다. 구조물은 유한요소법을 사용하여 모델링하고 외부유체는 경계요소법을 사용하여 모델링하며, 단일 메쉬는 정수 및 동적 해석 모두에 사용됩니다. 일치하지 않는 메쉬 처리 기술을 채택하여 부유 구조의 젖은 표면 메쉬가 자유 표면과 일치할 필요가 없으며 이에 따라 다양한 하중 조건에서 re-meshing 없이 강체 및 탄성 부유식 구조물에 대한 해석이 가능하다.
또한 주파수 도메인에서 수행되는 유탄성 해석에서 응력의 전달함수를 효율적으로 계산하는 방법에 대하여 소개하고자 한다. 주파수 도메인에서 유탄성 해석을 수행하면 실수부와 허수부로 구성된 조화응답 형태의 성분별 응력값이 도출된다. 구조물의 강도를 평가하기 위하여 응력 성분값을 조합하여 사용한다. 대표적인 응력이 von-Mises 응력과 주응력이다. 이들 응력은 비조화응답이므로 한주기 동안 최대값을 찾기 위해서는 시간의 변화에 대한 값들을 직접 계산하여 구하여야 한다. 본 연구에서는 이러한 어려움을 해결하기 위해, 주파수 도메인에서 강도평가를 위한 응력의 전달함수를 효율적으로 구할 수 있는 방법을 제안한다. 이 방법은 구조물의 최종강도 및 피로강도 등 건전성 분석 및 실시간 모니터링 시스템 등을 구현하기 위한 중요한 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
