Wave-structure interaction problem is important in ship and offshore engineering. Linear potential theory is used widely for numerical analysis of wave-structure interaction problem. However, in the frequency domain analysis using the linear potential theory, error occurs at certain wave frequencies are called the irregular frequencies. These frequencies do not represent the physical resonance such as sloshing but are due to the uniqueness of solution of boundary integral equation.
We define the irregular frequency and introduce the extended boundary integral equation (EBIE) method that is one of irregular frequency removal (IRR) methods. The EBIE method that guarantees the uniqueness of the boundary integral equation for wave-structure interaction problem is applicable to three-dimensional body of arbitrary shape but it increases computational cost according to the degree of freedom on the wet-surface and interior free-surface. To reduce the increment of computational cost due to the EBIE method, we present the cost reduction procedure for IRR method. This procedure apply the EBIE method selectively by detecting wave frequencies that are affected by the irregular frequencies. The feasibility is shown by applying the cost reduction procedure to examples: barge, circular cylinder, and ship-shaped offshore unit.
파랑-구조 상호작용 문제는 조선 및 해양공학에서 자주 다루어지는 문제이며, 포텐셜 이론이 해석을 위해 사용되어왔다. 특히 선형화된 자유표면 경계조건을 만족하는 그린 함수를 이용한 주파수영역 수치 해석 방법은 부유체 운동 해석에 널리 사용되며, 이와 관련된 많은 연구들이 수행되어오고 있다. 하지만 해석하는 부유체의 크기가 커지고, 형상이 다양에 짐에 따라 특정 주파수에서 큰 오차가 발생한다. 이 현상이 일어나는 주파수를 비정상 주파수라 하며, 이를 제거하기 위한 많은 방법이 개발되어왔다.
비정상 주파수 현상은 물리적 현상이 아니라 수학 모델링 과정에서 발생하는 현상이다. 이를 제거하기 위한 방법은 초기 이차원 문제에만 적용이 가능한 방법부터 삼차원의 일반적인 형상까지 적용이 가능한 EBIE 방법까지 개발이 되어왔다. EBIE 방법을 부유체 운동해석에 많이 적용해오고 있으나, 수치해석에 필요한 시간이 증가하는 문제가 있다.
본 연구에서는 EBIE을 선택적으로 적용하여 수치해석 시간을 줄이는 절차를 제시하였다. 주파수 영역 해석에서 비정상 주파수의 영향을 받는 주파수를 판별하는 기준을 제시하고, 이 기준을 이용한 해석 절차를 제시하였다. 비정상 주파수를 이론적으로 계산할 수 있는 직육면제와 원형 실린더에 적용하여 비정상 주파수 검출의 가능성을 입증하였다. 또한 선박형태의 해양구조물에도 제시한 수치해석 절차를 적용하여 수치 해석 시간의 절약 가능성을 보였다.
