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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 강정호
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 동아대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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하부고정 해상풍력에서 파일에 대한
수력해석과 구조설계
Hydrodynamic Analysis and Structure Design for Pile
Foundation in Bottom-Fixed Offshore Wind Turbines
기계공학과 김 하 나
지 도 교 수 강 정 호
해상용 풍력 발전의 설비 구조는 로터 너셀 조립부, 지지구조부, 및 파일기초부로 구성된다. 해상 풍력은 육상 풍력과 달리 해상에 설치하기 위한 기초 구조물이 필요하다. 해상에 설치되는 하부 기초 구조물은 모노파일, 자켓 트라이페드 형태가 가장 많이 사용된다. 기초 구조물의 설계 하중은 파랑하중을 기초로 좌굴, 부식환경 등에 의한 추가적인 하중에 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 파일 기초부에 작용되는 파랑하중은 바람에 의해 발생되는 최대 하중의 약 20% 정도이다. 파일은 항타나 굴착에 의해 설치되며 전이부와 그라우팅으로 연결된다. 하지만 수심이 20 m 이상이 되고 터빈의 용량이 5 MW급 이상이 되면 파일의 직경이 커지고 강재량이 많이 소요된다. 또한 파일의 연결 용접부에 대한 반복 피로하중이나 부식 등에 대한 영향을 고려해야 한다. 일반적으로 해상용 파일의 설계 기준은 GRL 파랑 방정식을 포함하는 NORSOK-standard N-004, ISO 19902, DNV-RP-C203을 따른다. 파일기초의 설계응력은 용접으로 연결된 강관접에 대한 응력집중계수를 포함하는 S-N곡선을 사용하였다.
본 연구는 5 MW급 해상풍력에 대한 파일기초의 강도평가와 구조설계과정을 제안한다. 파일의 수력학적 거동은 ANSYS AQWA를 이용하여 파랑의 하중파일을 생성하였다. ANSYS Multiphysics와 연계를 통해 구조해석을 수행하고, 다항식 대리모델 기반 근사최적화기법을 이용해서 파일의 최적설계를 수행하였다.
주요어 : Pile Foundation(파일기초), Offshore Wind Turbines(해상풍력), Polynomial Surrogate Model(다항식 대리모델), Hydrodynamic Analysis(수력해석)
수력해석과 구조설계
Hydrodynamic Analysis and Structure Design for Pile
Foundation in Bottom-Fixed Offshore Wind Turbines
기계공학과 김 하 나
지 도 교 수 강 정 호
해상용 풍력 발전의 설비 구조는 로터 너셀 조립부, 지지구조부, 및 파일기초부로 구성된다. 해상 풍력은 육상 풍력과 달리 해상에 설치하기 위한 기초 구조물이 필요하다. 해상에 설치되는 하부 기초 구조물은 모노파일, 자켓 트라이페드 형태가 가장 많이 사용된다. 기초 구조물의 설계 하중은 파랑하중을 기초로 좌굴, 부식환경 등에 의한 추가적인 하중에 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 파일 기초부에 작용되는 파랑하중은 바람에 의해 발생되는 최대 하중의 약 20% 정도이다. 파일은 항타나 굴착에 의해 설치되며 전이부와 그라우팅으로 연결된다. 하지만 수심이 20 m 이상이 되고 터빈의 용량이 5 MW급 이상이 되면 파일의 직경이 커지고 강재량이 많이 소요된다. 또한 파일의 연결 용접부에 대한 반복 피로하중이나 부식 등에 대한 영향을 고려해야 한다. 일반적으로 해상용 파일의 설계 기준은 GRL 파랑 방정식을 포함하는 NORSOK-standard N-004, ISO 19902, DNV-RP-C203을 따른다. 파일기초의 설계응력은 용접으로 연결된 강관접에 대한 응력집중계수를 포함하는 S-N곡선을 사용하였다.
본 연구는 5 MW급 해상풍력에 대한 파일기초의 강도평가와 구조설계과정을 제안한다. 파일의 수력학적 거동은 ANSYS AQWA를 이용하여 파랑의 하중파일을 생성하였다. ANSYS Multiphysics와 연계를 통해 구조해석을 수행하고, 다항식 대리모델 기반 근사최적화기법을 이용해서 파일의 최적설계를 수행하였다.
주요어 : Pile Foundation(파일기초), Offshore Wind Turbines(해상풍력), Polynomial Surrogate Model(다항식 대리모델), Hydrodynamic Analysis(수력해석)
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅱ. 해상풍력 하부구조물의 설계방법 21. 파일기초의 설명 22. 해상 풍력 구조물의 설계 하중 43. 파랑하중의 평가 8가. 파랑하중의 기본 개념 8나. 모리슨 방정식 9Ⅲ. 파일기초의 수력해석과 구조설계 111. 파일기초의 해석 모델 112. 경계 및 하중조건 143. ANSYS AQWA를 이용한 수력 해석과 구조해석 174. 파일기초의 최적설계 28Ⅳ. 결론 39참고문헌 40ABSTRACT 42
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