Among all the forces exerted on offshore structures, the wave force is known to be the largest. Therefore, in order to analyze the safety of offshore structures, the wave force must be accurately estimated. The Eulerian method which has been widely used for fluid dynamics has several disadvantages in analyzing fluid-structure interaction (FSI) and free surface problems due to the complicated mesh generation and the errors caused by extreme deformation of the mesh. Unlike the Eulerian method, the SPH method has an advantage in expressing a fluid that irregularly changes because the SPH method is a Lagrangian-based analysis method using particles without requiring meshes. First, we present the optimal number of particles and variables that can accurately represent the maximum wave force of dam-break problem through parametric studies. Next, we propose a method to simulate the current by applying relative movement of the structure. The numerical results are compared with the analytical estimation of the wave forces from the Morison equation. Finally, we evaluate the structural behavior and safety of offshore structure by applying suggested methods.
해양구조물에 작용하는 여러 외력 중 파랑 하중이 가장 위협적이다. 따라서 구조적인 안전성을 정확하게 평가하기 위해서는 파력을 정확하게 산정하는 것이 중요하다. 기존에 널리 사용된 오일러리안 (Eulerian) 관점의 해석법들은 유체-구조물 상호작용 문제를 해석할 때 유체를 구성하는 격자의 생성이 복잡하고, 격자의 과도한 변형 또는 뒤틀림으로 인하여 오류가 쉽게 발생한다. 반면에 Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) 기법은 라그랑지안 (Lagrangian) 관점의 해석법으로서 입자를 이용하기 때문에 큰 변형을 갖는 유체 문제를 해석하기에 효과적이다. 본 논문에서는 Dam-break 문제의 최대 파력을 정확하게 표현할 수 있는 유체의 입자수와 파라미터를 제시하였다. 또 상시 작용하는 해류를 구조물의 상대적인 이동을 통해 모사하는 방법을 제안하고 모리슨 방정식으로 타당성을 검토하였다. 마지막으로 대형 해양구조물에 검증된 방법론을 적용하여 구조적인 거동 특성 및 안전성을 평가하였다.
