유한차분법을 이용한 저장력 예인케이블의 비선형 동적해석 document_id A220517029065

본 연구에서는 저장력 예인케이블의 비선형 동적거동을 수치적으로 해석하였다. 고장력 케이블 해석에서는 흔히 무시되는 굽힘강성의 효과가 저장력 케이블에서는 중요한 역할을 하므로 본 연구에서는 이를 고려하였다. 또한 저장력 케이블에서는 대변위가 발생하기 쉬우므로 기하학적인 비선형 및 유체 비선형 효과가 크므로 이를 고려하였다. 저장력 예인케이블에 대한 3차원 비선형 운동방정식을 수립하고 유한차분법을 적용하여 이산화 시켰다. 시간적분에 있어서 안정적인 해를 Newton-Raphson 반복법을 사용하였다. 케이블과 같이 양단경계조건을 갖고 대각선 주변 성분만 있는 행렬식을 계산하는 경우에는 Gaus-Jordan 방법 등과 같이 일반적인 방법 보다 블록삼중대각행렬 풀이법이 계산시간을 상당히 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 몇 가지 예제해석을 수행하였으며 실해역 실험결과에 의해 이미 검증되어 있는 케이블 해석프로그램인 WHOI Cable 프로그램의 해석결과와 비교 검토한 결과 서로 잘 일치함을 알 수 있었다. 본 연구에서는 예인중인 저장력 케이블의 동적 거동을 수치적으로 해석하였다. 저장력 예인케이블에 대한 3차원 비선형 운동방정식을 풀기 위하여 유한차분법을 적용하였다. 비선형 해를 구하기 위하여 Newton Raphson 반복법을 적용하였으며 만족스런 결과를 얻을 수 있었다. 행렬방정식 풀이는 Gauss Jordan 방법과 블록 삼중대각행렬 풀이법을 적용하였는데, 대각성분만 이용하는 블록삼중대각행렬 풀이법이 계산시간에 있어서 월등히 효율적임을 알 수 있었다. 개발된 프로그램을 이용하여 몇몇 예제해석을 수행함과 동시에 본 프로그램의 타당성을 검증하기 위하여 미국의 WHOI의 프로그램 결과와 비교하였는데 잘 일치함을 알 수 있었다. 본 프로그램은 예인중인 저장력 케이블의 거동을 보다 정확히 예측할 수 있으므로 대 잠수함용의 군사적 목적이나 해저탐사용의 케이블 거동 해석에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 사료된다. 본 프로그램은 예인케이블 뿐만 아니라 다른 용도의 저장력 케이블에 대해서도 적용이 가능하다. 와동유기 진동이나 충격하중을 받는 케이블의 거동을 해석할 수 있는 연구가 앞으로 필요할 것으로 사료된다.