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SPH 및 구조해석에 기반한 월파수류형 파력발전기 하부구조물 최적 설계
Optimal Design of Overtopping Wave Energy Converter Substructure based on Smoothed Particle Hydrodynamics and Structural Analysis
- 안성환;
- 이종현;
- 김근곤;
- 강동훈
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OWEC(Overtopping Wave Energy Converter)는 월파된 파도를 이용한 파력발전시스템이라한다. OWEC의 성능 및 안전성은 파고, 주기 등 파도의 특성에 의해 영향을 받는다. 따라서 해역 특성에 따른 OWEC의 최적 형상과 구조안전성에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 울릉읍 연안 해양 환경 데이터를 이용하였으며, SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 입자법 해석을 통해 기존 케이슨 하부 구조에 변화를 준 모델 4개를 비교하여 월파 효율을 분석하였다. 그 결과, 하부 구조의 변경 및 경량화가 가능함을 확인하였다. 최적화 해석을 통해 설계 하중에 내하력을 가지는 하부 구조인 새로운 트러스형 구조를 제안하였다. 이후 부재 직경 및 두께를 설계변수로 하는 사례 연구를 통해 허용응력조건 하에서 구조 안전성의 확보를 확인하였다. 주기적인 파랑 하중을 받기 때문에 제안하는 구조의 고유 진동수와 해당 해역의 파주기를 비교하였으며, 1년 재현 주기의 파랑을 하중으로 한 조화응답해석을 수행하였다. 제안하는 하부 구조는 동일 가진력에서 기존 설계 대비 응답의 크기가 감소하였으며, 기존 대비 32% 이상의 중량 절감을 수행하였다.
키워드
월파수류형 파력발전기; 에너지 효율; 입자기반 수치해석; 구조해석; 최적화설계; Overtopping Wave Energy Converter; Energy efficiency; Smoothed Particle Hydrodynamics; Structural analysis; Design optimization
- 제목
- SPH 및 구조해석에 기반한 월파수류형 파력발전기 하부구조물 최적 설계
- 제목 (타언어)
- Optimal Design of Overtopping Wave Energy Converter Substructure based on Smoothed Particle Hydrodynamics and Structural Analysis
- 저자
- 안성환; 이종현; 김근곤; 강동훈
- 발행일
- 2023-12
- 저널명
- 해양환경안전학회지
- 권
- 29
- 호
- 7
- 페이지
- 992 ~ 1001