다물체 요소이론을 이용한 예인줄 동역학의 모델링 및 시뮬레이션 (Dynamic Modeling and Simulation of a Towing Rope using Multiple Finite Element Method)

서지정보

· 발행기관 : 한국항해항만학회
· 수록지 정보 : 한국항해항만학회지 / 36권 / 5호 / 339 ~ 347페이지
· 저자명 : 윤현규, 이홍석, 박종규, 김연규

초록

예인줄을 여러 개의 유한요소로 분할 한 뒤 각 요소들에 Newton의 운동 제 2법칙을 적용하고 각각에 작용하는 외력은 성분별로 장력, 항력, Coriolis 힘, 중력, 부력, 입수 충격력 등으로 구분하여 예선과 부선을 연결하는 예인줄의 동역학 모델을 정립하였다. 일반적으로 예인줄 요소의 병진 운동만을 고려하는 이전의 연구들과는 달리 본 논문에서는 예인줄 요소의 운동을 횡동요를 제외한 5자유도로 확장하고 외력 고려가 용이한 물체고정좌표계에서 기술하였다. 예인줄 요소들 간에는 연결점에서 인장만 되는 스프링과 감쇠기로 연결하고, 스프링의 강성계수는 실제 적용되는 예인줄의 강성계수와 등가가 되도록 설정하였다. 정립된 예인줄 모델의 검증을 위하여 예인줄의 공기중 및 수면 바로 위에서의 자유낙하, 예인선의 가속운동, 예인선의 조화운동 시나리오에 대하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 예인선, 부선, 예인줄 요소들의 운동 시계열 값들은 실제 예상치와 유사한 경향을 보이는 것을 확인하였다.

영어초록

After towing rope connecting a barge to a tug was subdivided into multiple finite elements, then those dynamic models was established using Newton's second law and considering the external force and moment such as tension, drag, Coriolis force, gravity,buoyancy, and impact due to free surface acting on each element. While the previous research on the model of towing rope considered only translation, five-degree-of-freedom equations of motion except roll based on the body-fixed frame were established in this paper.
All elements are connected by a spring and a damper, and the stiffness of the spring was set as the equivalent value of the real rope.
In order to confirm the established multiple finite element model, various scenarios such as freely falling of towing rope in the air and above the free surface, accelerating of a tug which tows a barge connected by towing rope, and sinusoidal moving of a tug were set up and simulated. As the results, the trajectories of the tug, the barge, and the towing rope showed good tendencies to the ones of real expected situations.

참고자료

· 없음