R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515CTAP-C077514-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | p-version 동적무한요소 개발과 슬러싱 진동대 시험을 통한 유체 저장탱크의 세계최고수준 비선형 유체-구조물-지반 상호작용해석 기초기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-07-11 ~ 2016-07-10 | |||||
| 연구책임자 | 김재민 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
7명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
11명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 200,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 200,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 400,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 400,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 전남대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11161300000151101 | |||||
| ISBN | 9788968493577 | |||||
| 주요 내용 |
□ 최근 전통적인 천연가스보다 가격경쟁력이 우수한 쉐일가스(shale gas) 개발이 활발해짐에 따라 LNG 수요증가에 대비한 대형 원통형 LNG 저장탱크의 건설이 세계적으로 크게 증가하고 있다. □ 하지만 LNG 저장시설 설계 분야에서 세계최고수준의 기술은 일본 기업체에서 보유하고 있으며, 영국의 기업이 그 뒤를 따르고 있으며, LNG 저장시설에 대한 국내 내진설계 기술수준은 세계최고수준의 약 80% 수준이다. 이러한 기술격차는 현재 국내 건설회사의 해외 대형 LNG 저장탱크공사 수주의 장애 요인 중 하나이다. □ 따라서 갈수록 치열해지는 에너지 저장시설공사의 해외 진출을 위해서는 정밀한 유체-구조물-지반 상호작용 해석에 기반한 내진설계기술을 확보하는 것이 매우 중요하다. □ 본 연구에서는 세계최고수준의 유체-구조물-지반 상호작용해석기술에 기반한 LNG 저장탱크의 내진설계기술 개발에 필요한 핵심 기초기술인 ‘지반-구조물 상호작용해석의 고속화 기술’ 및 ‘CFD 프로그램을 이용한 비선형 슬러싱 해석의 정확성 입증’을 위한 연구개발을 추진하고자 한다. [최종목표] □ 본 연구의 최종목표는 ‘대형 유체저장탱크에 대한 세계최고수준의 비선형 유체-구조물-지반 상호작용 해석기술에 필요한 기초기술을 개발’하는 것이다. □ 이를 위한 세부 연구목표는 다음과 같다. (1) 1차년도 - p-version 동적무한요소 개발 - 비선형 유체 슬러싱해석 CFD 프로그램 검증용 정사각형 수조 진동대시험 DB 구축 (2) 2차년도 - CFD 프로그램과 지반-구조물 상호작용해석 프로그램의 연계해석기술 개발 - 원통형 수조 진동대시험 DB 구축 - 비선형 슬러싱 CFD 해석 입력 계수 보정절차 개발 [연구내용 및 범위] (1) p-version 동적무한요소 개발 - 근역지반 모델링영역 최소화를 위한 decay-type p-version IE(Infinite Element) 형상함수 개발 및 무한요소 정식화 - p-version IE 프로그래밍 및 검증 - 기존 IE 대비 지반영역 모델링 절점개수를 1/4로 감소시킬 수 있는 기술목표 구현 - SASSI 프로그램과 해석결과 및 해석시간 비교를 통한 개발기술의 우수성 검증 - p-version IE와 비선형 유체-구조물-지반 상호작용 해석기술과 연계해석기술 적용성 검증 - CFD 프로그램과 지반-구조물 상호작용해석 프로그램의 연계해석기술 검증 (2) 비선형 슬러싱 CFD 해석 프로그램 검증용 정사각형 및 원통형 수조 진동대시험 DB 구축 - 국내외 정사각형, 원통형 진동대 시험 자료 수집 - 진동대 실험 결과 DB구축 및 DB분석 프로그램 개발 [정사각형 수조] - 상사법칙을 적용한 정사각형 Steel 수조 제작 (가로x세로x수심) :1.0m x 1.0m x 1.0m, 1.5m x 1.5m x 1.0m, 2.0m x 2.0m x 1.0m, - 정사각형 수조에서 입력지진파에 따른 진동대시험결과의 변동성에 대한 분석결과를 기반으로 입력지진파 결정 - 입력지진파의 동시가진에 의한 영향에 대한 분석 및 진동대 가진방법 결정 - 정사각형 수조에 대한 진동대 시험 실시 및 자료 정리 - KOCED-CMI 지진방재연구센터 3차원 진동대 사용 - 수조 크기 3종 x 지진입력 크기 3종 x 동시 지진입력방향 3종 [원통형 수조] - 상사법칙을 적용한 원통형 Steel 수조 제작 (직경x수심) : 1.0m x 1.0m, 1.5m x 1.0m, 2.0m x 1.0m, - 원통형 수조에서 입력지진파에 따른 진동대시험결과의 변동성에 대한 분석결과를 기반으로 입력지진파 결정 - 입력지진파의 동시가진에 의한 영향에 대한 분석 및 진동대 가진방법 결정 - 원통형 수조에 대한 진동대 시험 실시 및 자료 정리 - KOCED-CMI 지진방재연구센터 3차원 진동대 사용 - 수조 크기 3종 x 지진입력 크기 3종 x 동시 지진입력방향 3종 (3) 비선형 슬러싱해석 CFD 모델의 검증 절차 - 연구대상 CFD 프로그램의 비선형 슬러싱 해석 사례 조사 - 사례조사를 통해 진동대시험결과와 CFD 해석프로그램에 의한 해석결과 비교 및 고찰 - 정사각형 수조에 대한 진동대시험 결과와 비선형 슬러싱해석 결과 비교 및 고찰 - 원통형 수조에 대한 진동대시험 결과와 비선형 슬러싱해석 결과 비교 및 고찰 - 범용성이 가장 높고 접근성이 좋은 ANSYS CFX, FLUENT, STAR-CD 프로그램 중 1개 선택 - 슬러싱해석 CFD 프로그램에서 보정이 필요한 주요입력계수 도출 - CFD 프로그램의 입력변수에 따른 민감도 해석 - 진동대시험 자료를 이용한 비선형 슬러싱 CFD 해석 프로그램 입력계수 보정절차 개발 |
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