Case 7

Fig. 5.30 Change of mooring line pretension (Case 7)

Fig. 5.31 Maximum vessel offset in the design condition (Case 7)

Fig. 5.32 Maximum tension in the design condition (Case 7)

마지막으로 Case 7번은 upper-lower stiffness model을 사용하고 수온 20℃인 경우에서 설계수명 30년을 갖는 영구 계류시스템을 사용 하였을 때 발생하는 크리프와 크리프의 영향을 보여준다. HMPE 로프의 길이 증가는 최대 0.6%로 Fig. 5.28에서 보여주고 있다. Fig. 5.29는 크리프 발생에 따른 강성의 변화를 나 타내는데, 최대 54% 감소하였음을 확인할 수 있다. 이러한 변화는 계류선의 초 기 장력에도 큰 영향을 미쳐 최대 10% 감소하였고, 이 결과는 Fig. 5.30에서 확 인할 수 있다. 부유체의 최대 오프셋과 계류선 장력의 변화는 각각 Fig. 31과 32에 도식화하였다. 부유체의 surge, sway, yaw motion은 각각 최대 21%, 20%, 0.03% 증가하였고 계류선에 걸리는 장력은 최대 5.7% 감소하였다.

Upper-lower stiffness model을 사용하였을 때는 static-dynamic stiffness model과 비교하여 surge, sway, yaw motion과 계류선에 작용하는 장력에서 더 큰 최대값이 도출되었다. Case 1번과 5번에서 크리프 현상이 발생하기 전 부유 체의 최대 surge, sway, yaw motion을 비교하면, case 1번을 기준으로 case 5번 은 surge motion에서 30%, sway motion에서 13% 그리고 yaw motion에서 32%

각각 최대 motion이 증가하였다. 또한 최대 장력은 line 3번에서 발생하였는데, case 1번과 비교하여 case 5번의 최대 장력은 0.7% 증가하였음을 알 수 있다.

이와 같은 결과는 Fig. 5.33에서 보여주고 있다.

Fig. 5.33 Comparison of results in the different stiffness model (No creep) Case 1번부터 7번까지의 크리프 발생량과 크리프 효과에 의한 부유체의 거동 과 계류선 장력의 변화율을 정리하면 Table 5.1, 5.2와 같다.

Stiffness model Condition Changed length Changed stiffness Case 1

Static-dynamic stiffness model

MODU (5 years)

+0.2% -39%

Case 2 +0.2% -39%

Case 3 +0.04% -13%

Case 4 Permanent

(30 years) +0.6% -58%

Case 5

Upper-lower stiffness model

MODU (5 years)

+0.19% -33.4%

Case 6 +0.04% -7.6%

Case 7 Permanent

(30 years) +0.6% -54%

Table 5.1 Changed length and stiffness

Stiffness model Condition Surge Sway Yaw Tension Case 1

Static-dynamic stiffness model

MODU (5 years)

+11% +7% +2% -2.4%

Case 2 +11% +7% +2% -2.4%

Case 3 +2% +1% +0.5% -0.4%

Case 4 Permanent

(30 years) +26% +29% +4% -6.6%

Case 5

Upper-lower stiffness model

MODU (5 years)

+11% +9% +5% -2.4%

Case 6 +2% +1.9% +1.2% -0.4%

Case 7 Permanent

(30 years) +21% +20% +0.03% -5.7%

Table 5.2 Effects of creep to vessel and mooring line

Table 5.1은 각 시뮬레이션 케이스에서 발생한 HMPE 로프의 길이 증가와 강 성의 감소를 보여주고 있다. Case 1번과 5번, case 3번과 6번 그리고 case 4번 과 7번은 같은 조건에서 다른 강성 모델을 사용한 경우이다. 다른 강성모델에 서 발생하는 크리프의 발생량을 비교할 경우 로프의 길이는 매우 유사한 비율 의 증가를 보이고 있다. 하지만 강성의 변화는 다소 차이가 발생하였는데, 그 이유는 감소비율을 산정하기 위한 기준치가 다르기 때문이다. Static-dynamic stiffness model의 정적강성 변화는 60*MBS에서부터의 감소 비율을 나타내며 upper-lower stiffness model의 lower 강성 변화는 35*MBS에서부터의 감소 비율 을 나타내기 때문에 차이를 보인다.

Table 5.2는 Table 5.1에서 발생한 길이와 강성의 변화가 부유체의 거동과 계 류선의 장력에 미치는 영향을 나타내어 크리프가 발생하지 않았을 경우를 기준 으로 부유체의 거동과 계류선 장력의 변화율을 의미한다. Case 1번과 5번 그리 고 case 3번과 6번에서 부유체의 최대 오프셋 변화율 비교를 통해 설계 수명이 5년인 경우 두 강성 모델의 크리프에 의한 변화의 민감성을 비교할 수 있다.

이 경우 변화율에 큰 차이가 발생하지는 않았으므로, 두 모델이 크리프 현상에 동일한 민감성을 보이고 있음을 알 수 있다. 하지만 case 4번과 7번과 같이 설 계 수명이 30년인 경우에서는 부유체의 오프셋 변화율에 다소 차이가 발생하였 다. 이 결과는 static-dynamic stiffness model이 크리프에 의한 변화에 더 민감 하게 변화하였음을 알 수 있다. 계류선에 작용하는 최대 장력의 감소 비율은 case 1번과 5번 그리고 case 3번과 case 6번이 동일한 감소 비율을 보이고 있 으므로 두 모델이 동일한 민감성을 보이고 있다. 하지만 case 4번이 case 7번 에 비해 변화율이 더 큰 것으로 보아 설계 수명이 30년인 경우에서는 static-dynamic stiffness model이 더 민감하게 변화하였음을 알 수 있다.

제 6 장 결론

크리프 현상을 고려하여 설계수명이 경과한 후 부유체의 거동 응답해석과 계 류선에 작용하는 최대 장력을 통하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.

먼저 static-dynamic stiffness model을 사용하는 경우, case 1과 case 2의 비 교를 통해 wave scatter diagram 셀의 해석 순서에 따른 차이를 비교해 본 결 과, 셀의 적용순서와 관계없이 길이와 강성의 변화량이 동일하였고 이에 따라 부유체의 최대 오프셋과 계류선에 걸리는 최대 장력도 같았다. 이는 해당 해역 에서 발생하는 환경 하중과 설계수명 그리고 온도의 변화가 없으므로 발생하는 크리프도 변함이 없음을 의미한다. 그러므로 크리프는 온도, 하중, 시간에 따라 변화하며, 작용하는 하중의 순서와는 관계가 없다는 결론을 도출하였다.

Case 3과 같이 온도가 낮은 경우에서는 길이와 강성의 변화가 case 1에 비해 상대적으로 미미하며 위치유지능력에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.

Case 1, 2, 3은 MODU용 로프인 SK78 HMPE 로프를 사용한 경우이고, case 4 와 같이 온도가 높고 영구계류용 로프인 DM20 HMPE 로프를 사용하는 경우, 길이의 증가와 강성의 감소량이 다른 경우에 비해 매우 크며 위치유지능력에 매우 큰 영향을 미쳐 부유체의 오프셋이 가장 많이 증가한 것을 알 수 있다.

따라서 온도가 낮고 설계수명이 짧은 경우 크리프의 양과 위치유지 능력에 미 치는 영향은 미미하지만, 온도가 높고 설계수명이 영구적인 경우는 크리프의 양과 영향은 무시할 수 없으므로, 계류 설계 시 이를 반드시 고려해야 한다. 그 리고 길이의 변화율에 비해 강성의 변화율이 매우 크기 때문에 설계 시 크리프 에 의한 강성의 변화는 반드시 고려되어야 한다.

Static-dynamic stiffness model을 사용하는 case 1, 3, 4와 비교하여 upper-lower stiffness model을 사용하는 case 5번, case 6번 그리고 case 7번의 경우에는 부유체의 최대 오프셋과 계류선의 최대 장력이 더 큰 값이 도출되었

으나 크리프에 의한 변화율은 case에 따라 다소 차이가 발생하였음을 알 수 있 다. 설계 수명이 5년인 경우 두 강성 모델이 크리프의 영향에 동일한 민감성을 갖지만, 설계수명이 30년인 경우에서는 case 4번이 case 7번에 비해 더 큰 변 화율을 보이므로 static-dynamic stiffness model이 크리프에 의한 영향에 더 민 감하게 변화하는 것을 알 수 있었다. 최대 장력의 관점에서도 동일한 결과를 보여 영구 계류시스템에서 static-dynamic stiffness model이 크리프 영향에 더 민감하다는 결론을 도출하였다. 따라서 static-dynamic stiffness model을 사용하 여 HMPE 로프 영구 계류시스템을 설계하는 경우 크리프 효과에 의해 더 민감 한 부유체의 오프셋과 장력의 변화율을 갖기 때문에 설계자는 이를 반드시 고 려해야 한다.

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