Sung-Gun Park

Extraction of the mode shapes of a segmented ship model with a hydroelastic response

Abstract The mode shapes of a segmented hull model towed in a model basin were predicted using both the Proper Orthogonal Decomposition (POD) and cross random decrement technique. The proper orthogonal decomposition, which is also known as Karhunen-Loeve decomposition, is an emerging technology as a useful signal processing technique in structural dynamics. The technique is based on the fact that the eigenvectors of a spatial coherence matrix become the mode shapes of the system under free and randomly excited forced vibration conditions. Taking advantage of the simplicity of POD, efforts have been made to reveal the mode shapes of vibrating flexible hull under random wave excitation. First, the segmented hull model of a 400 K ore carrier with 3 flexible connections was towed in a model basin under different sea states and the time histories of the vertical bending moment at three different locations were measured. The measured response time histories were processed using the proper orthogonal decomposition, eventually to obtain both the first and second vertical vibration modes of the flexible hull. A comparison of the obtained mode shapes with those obtained using the cross random decrement technique showed excellent correspondence between the two results.

Flaw Assessment on an Offshore Structure using Engineering Criticality Analysis

조선해양산업의 차세대 성장동력으로서 해양플랜트가 주목 받 고 있다. 심해 자원을 채굴하는 해양플랜트산업은 이전보다 고도 의 기술력이 요구되며 심해 자원의 경제성이 완전히 소모될 때까 지 해양플랜트 설비가 안정적으로 운영되어야 하는 특성이 있다. 해양구조물의 극후판으로 구성되는 구조부재의 경우 용접으로 연결되어 있기 때문에 미세한 초기결함이 존재할 가능성이 크다. 비파괴 검사 과정 중에 구조부재에 초기결함이 발견 된다면 지속 적인 파랑하중으로 유기되는 반복 하중을 받아 초기결함이 진전 하면서 해양구조물은 피로파괴에 상당히 취약할 수 있다. 따라서 주어진 피로 하중 수명 동안 해양 구조물이 구조적으로 안전한 지에 대한 평가 해석이 필요하며 이를 테면 용접 부나 구조적 취 약부에 존재하는 초기결함의 정보를 이용한 파괴역학 기반의 결 함 평가 해석이 수행되어야 한다. 파괴역학 기법을 이용한 피로 수명 예측 및 구조 안전성 평가 를 위한 연구가 국내에서 활발히 이루어졌다. Noh, et al. (1993) 는 독립형 LNG탱크의 총체적인 구조안전성 평가과정을 다뤘다. 파랑 응력의 장기분포 해석을 수행하여 S-N선도를 이용한 피로 강도 평가를 실시하였고 LBF(Leak Before Failure)이론을 바탕으 로 관통균열의 진전해석을 수행하여 급속 취성파괴에 대한 안전 성을 검증하였다. Yim and Byun (1993)은 BSI PD 6493의 3단 계 평가방법에 균열 성장 효과를 고려한 건전성 평가 방법과 균 열의 안정성장을 엄밀히 고려할 수 있는 안정성 평가방법 (Stability Assessment Method: SAM)과 더불어 소성붕괴를 평가 하는 극한 하중해석을 고려한 건전성 평가방법을 정식화 하였다. Jeon, et al. (2001)은 선체 구조에서 피로손상을 받기 쉬운 용접 부위인 T형 이음부 및 호퍼 너클 이음부 모델의 피로실험 및 선 형탄성 파괴역학을 이용한 피로균열 진전해석을 수행하여 피로 균열 진전 수명을 정확히 예측하였다. Kim, et al. (2002)은 구조 pISSN:1225-1143, Vol. 52, No. 6, pp. 435-443, December 2015

Wet Damping Estimation of the Segmented Hull Model using the Random Decrement Technique

This paper presents the wet damping estimation of the segmented hull model using the random decrement technique together with the continuous wavelet transform. The tested 16 sea states are grouped together based on the speed of the ship in order to figure out the possible influence of the ship speed on the damping ratio. The measured time histories of vertical bending moment for each tested sea state were processed with random decrement technique to derive the free decay signal, from which the damping ratios are estimated. Also, the autocorrelation functions of the filtered signal were calculated and comparison was made with the free decay signal obtained from the random decrement technique. Then the wet damping ratios for each sea state group, as well as precise wet natural frequencies, are estimated by using continuous wavelet transform. It turned out that the wet natural frequencies derived from the measured signal did not show any significant discrepancy compared with those obtained by wet hammering test, whereas the damping ratio did. It was considered that the discrepancy of the damping ratio between in calm and moving water may be attributed to the viscous effects caused by dramatically different flow pattern and relative velocity between the vibrating structure and surrounding fluid particles.

Torsional Damping Estimation of a Segmented Hull Model with Modal Coupling

유탄성 응답하는 선박의 건전한 구조설계에 있어 감쇠비의 영향은 매우 중요한 것으로 받아들여지고 있다. 이는 스프링잉 현상이 지속적인 파랑하중에 의해 기진되는 공진에 기인하는 것으로, 고유진동수 근처에서 발생하는 구조물의 응답의 크기가 시스템에 작용하는 감쇠비에 크게 영향을 받기 때문이다. 일반적으로 종굽힘 진동의 경우에는 감쇠계수의 범위가 대략 임계감쇠계수의 1~2% 정도인 것으로 알려져 있으나, 비틀림 진동의 경우에는 선종 별로 차이를 보이는 것으로 추정되고 있으며 컨테이너 선박의 경우 적재된 컨테이너와 주변 구조물 간에 발생하는 마찰 등과 같은 기계적인 에너지 소산 메커니즘으로 인해 상대적으로 감쇠의 효과가 큰 것으로 추정되고 있다. 비틀림 진동에 대한 감쇠비의 추정은 실선 계측 데이터의 분석 등을 통하여 추정이 가능하나 컨테이너 선박의 비틀림 진동에서 자주 발견되는 모드간의 연성효과로 인해 이에 대한 분석 작업이 매우 까다롭다. 분할 모형의 감쇠비를 얻기 위해서는 정수 혹은 특정 속도로 견인되는 분할 모형에 해머링 하중을 가하여 자유 감쇠 신호를 얻고 이를 적절한 방법으로 신호 처리함으로써 가능하다. 그러나, 비틀림 진동에 대한 자유 감쇠신호의 경우 1차 및 2차 비틀림 모드의 고유진동수가 상호 근접하여 존재함으로 인해 단순한 대역 필터링을 통해 모드를 분해하기 힘든 상황이 발생하게 된다. 대역 필터링을 통해 분해된 신호의 감쇠특성은 대역 필터의 특성에 따라 민감하게 반응함으로 인해 정확한 감쇠비의 추정을 어렵게 하는 요인이 된다. 모드간 연성이 발생하는 다자유도계의 감쇠비를 정확히 추정하기 위해 연성된 모드를 분해하는 다양한 모드 분해 기법이 모드 연성을 수반하는 분할 모형의 비틀림 감쇠비

On the second order effect of the springing response of large blunt ship

Abstract The springing response of a large blunt ship was considered to be influenced by a second order interaction between the incoming irregular wave and the blunt geometry of the forebody of the ship. Little efforts have been made to simulate this complicated fluid-structure interaction phenomenon under irregular waves considering the second order effect; hence, the above mentioned premise still remains unproven. In this paper, efforts were made to quantify the second order effect between the wave and vibrating flexible ship structure by analyzing the experimental data obtained through the model basin test of the scaled-segmented model of a large blunt ship. To achieve this goal, the measured vertical bending moment and the wave elevation time history were analyzed using a higher order spectral analysis technique, where the quadratic interaction between the excitation and response was captured by the cross bispectrum of two randomly oscillating variables. The nonlinear response of the vibrating hull was expressed in terms of a quadratic Volterra series assuming that the wave excitation is Gaussian. The Volterra series was then orthogonalized using Barrett’s procedure to remove the interference between the kernels of different orders. Both the linear and quadratic transfer functions of the given system were then derived based on a Fourier transform of the orthogonalized Volterra series. Finally, the response was decomposed into a linear and quadratic part to determine the contribution of the second order effect using the obtained linear and quadratic transfer functions of the system, combined with the given wave spectrum used in the experiment. The contribution of the second order effect on the springing response of the analyzed ship was almost comparable to the linear one in terms of its peak power near the resonance frequency.