계류 중 선박의 동요에 의하여 발생하는 외력

계류 중 선박의 동요에 의하여 발생하는 외력

이번 시간에는 계류 중 선박 동요에 의하여 발생하는 외력에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

계류선박의 동요에 의하여 발생하는 외력은 선박에 작용하는 파력, 풍압력, 물의 흐름에 의한 유압력 등을 설정하고 동요계산을 합니다.

 

외해나 항입구 부근에 시설된 계류시설, 장주기파의 침입이 예상되는 항만의 계류시설에 계류된 선박 또는 악천후 시에 계류하는 선박에 대하여는 파도와 바람, 흐름 등에 의한 하중의 작용을 받아 선박이 동요하게 됩니다.

계류선박의 동요에 의한 운동에너지가 접안에너지를 초과하는 경우가 있기 때문에 계선주 또는 방충재의 설계 시 계류선박의 동요에 의한 견인력 또는 충격력을 고려하여야 합니다.

계류선박의 동요에 의하여 발생하는 외력은 선박에 작용하는 파력, 풍압력, 흐름에 의한 유압력, 계류시스템의 특성을 근거로 동요계산을 하고 있습니다.

 

계류선박의 동요는 하중의 불규칙성, 계류시스템의 변위복원력 특성의 비선형성을 고려하여 수치모형실험 등에 의하여 구합니다.

대형탱커와 같이 블록계수가 0.7~0.8인 선박에서는 선체를 타원주체로 보고 근사적으로 파력을 구할 수 있습니다. 그리고 작업선과 같이 상자형 단면형상일 때에는 선체를 구형단면 부체 또는 직사각 부체로 보고 파력을 구할 수 있습니다.

계류선박에 작용하는 파력은 스트립법, 특이점분포법, 경계요소법, 유한요소법 등을 사용하는데 선박에서는 스트립법을 가장 많이 사용합니다.

 

(1) 스트립법에 의한 파력

① 선체에 작용하는 규칙적인 파력선체에 작용하는 파력은 프루드 크릴로프의 힘(Froude-kriloff force)과 선체에 의한 회절파력의 힘(Diffraction force)의 합으로 됩니다.

② 프루드 크릴로프의 힘

선체를 통과하는 파에 의한 힘으로 입사파의 힘과 접안시설에 의한 반사파에 의한 힘의 합으로 됩니다.

③ 반사파의 힘

선박에 의한 반사파의 힘은 입사파가 선체에 의해 분산될 때의 압력의 변화로 인해 발생하는 힘으로 이 압력의 변화를 상대적으로 선체를 운동하게 하여 라디에이션의 유체력(Radiation force), 정지유체 속을 선박이 어느 정도의 속도로 운동할 때의 조파저항력(造波抵抗力)으로 바꾸어 추정할 수 있습니다. 이때의 선박의 속도는 선체단면과 입사파의 물입자와의 상대속도가 같다고 가정하고 이 속도를 등가상대속도(等價相對速度)라 부릅니다.

④ 선체 전체에 작용하는 힘

선체단면에 작용하는 프루드 크릴로프의 힘과 반사파의 힘을 선박의 장축방향에 따라 까지 적분하여 선체전체에 파력을 구할 수 있습니다.

 

(2) 회절파이론에 의한 파력

선박이 블록계수 : 0.7∼0.8 정도이고 배후에 반사구조물이 없으며 선박의 동요가 작다고 보아질 때에는 선박을 타원주체로 가정하고 회절파 이론을 근거로 한 식에 의한 파력을 계산할 수 있습니다.

 

지금까지 계류 중 선박의 동요에 의하여 발생하는 외력에 대해 간략히 알아보았습니다. 이 글이 조금이나마 도움이 되었기를 바랍니다. 다음 주제로 뵙겠습니다.^^