(2018) Ice Load Generation in Time Domain Based on Ice Load Spectrum for Arctic Offshore Structures

Abstract

ice load를 time-domain simulation상에 적용하는데 있어서, 이전 방법들은 computationally too expensive. 여기서 제안하는 방법은 ice load time history를 ice load spectrum과 mean ice load를 base로 해서 생성하는 것. 데이터는 GEM이라는 software를 사용해서 뽑아서 검증을 수행하였음.

 

Previous Works

초기에는 ice load를 time-domain에서 고려해주기위해 Discrete element method (DEM)를 사용하였음. 하지만, 이거 너무 느림. 그래서 GPU를 사용하는 GPU-event-mechanics (GEM)이 개발됨 (LS-DYNA기반에서 DEM으로 동일 조건 계산할 경우 수만 일이 소요됨, 근데 이걸 GEM로는 36시간). 근데, GEM도 느린건 어쩔 수 없음. 이걸 극복하기위해 이 논문이 새로운 방법을 제안하는 것임.

국내연구, 빙하중 추정 경험식 (arg: 유빙입사각)

• Kim, H.S., Lee, J.B., 2018. Estimation Method for Ice load of Managed Ice in an Oblique Condition

 

Discrete Element Method (DEM)

• Løset, S., 1994. Discrete element Modeling of a Broken Ice Field - Part I: Model Development
• Kjerstad, Ø.K., Skjetne, R., 2014. Modeling and Control for Dynamic Positioned Marine Vessels in Drifting Managed Sea Ice
• Kjerstad, Ø.K., Metrikin, I., Løset, S., Skjetne, R., 2015. Experimental and Phenomenological Investigation of Dynamic Positioning in Managed Ice

 

GEM

Daley, C., Alawneh, S., Peters, D., Blades, G., Colbourne, B., 2014b. Simulation of Managed Sea Ice Loads on a Floating Offshore Platform Using GPU-event Mechanics

 

Methodology

여기서 제안하는 방법은 ice load time history를 'mean ice load (평균 빙하중)' 과 'ice load spectrum (변동 빙하중)' 를 base로 해서 생성하는 것

mean ice load (평균 빙하중)

ice load spectrum (변동 빙하중)

 

Validation

validation of suggested method #1

(1) 하나의 heading angle에 대해서 model test를 수행하여 구한 ice load time history

(2) 앞의 time history로부터 mean ice load와 ice load spectrum을 구한 다음, re-construct 한 ice load time history

(1), (2)를 time-domain, frequency-domain 상에서 비교하여서 일치함을 보여줌 (-> 제안한 방법이 제대로 먹힌다는 뜻)

 

validation of suggested method #2

GEM소프트웨어로 ice load time history 를 뽑아서, 위의 방법처럼 비교/검증 -> "original v.s. reconstructed"

 

Results

GEM 소프트웨어로 여러 헤딩각도에 대해서 시뮬레이션을 돌려서 ice load time histories들을 뽑고, the time histories 을 processing해서 'mean ice loads and ice load spectrums w.r.t surge, sway, and yaw directions' 를 뽑음. 마지막 결과데이터는 heading angle time history (3600s, sine 형태를 띔) 에 대한 ice load time histories (w.r.t surge, sway, and yaw directions) 를 보여줌. 여기서, the time histories는 제안된 기법으로 구한 것임.

 

Conclusion

제안한 방법을 사용하면, 이전 방법보다 빠르게 time-domain에서 ice load를 구할 수 있음. 추후에 빙하중 생성에 기여하는 파라미터들에 대한 상관관계를 분석하여, 제안한 수식을 고도화 할 예정이라고 함.

 

Room for improvement

• 현 논문에서는 최종 mean ice load, 3d ice load spectrum 을 구하기위해서, GEM에서 생성된 데이터를 기반으로 하였다. 이후 논문에서는 '실험데이터'를 이용한다면 더욱 더 현실성을 부과할수 있을듯.
• 3d ice load spectrum에서 heading angle사이는 linear interpolation을 했는데 (아래 그림 참고), 일반성을 갖추도록 부드럽게 내삽을 한다면 어떨까? 시뮬레이션 결과가 비슷할까, 다를까?