한국해안·해양공학회논문집 /ISSN 1976-8192(Print), ISSN 2288-2227(Online) Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers 26(1), pp. 9~15, Feb. 2014 http://dx.doi.org/10.9765/KSCOE.2014.26.1.9 9 SPH 기법을 이용한 Rock-berm 의 앵커 충돌 수치 시뮬레이션 Anchor Collision Simulation of Rock-berm using SPH Technique 우진호*·나원배*·유정석** Jinho Woo*, Won-Bae Na* and Jeong-Seok Yu** 요 지 : 암석과 같은 입자들로 구성된 구조체의 거동을 일반적인 요소망을 이용한 유한요소해석으로 구현하기 어 렵다. 이는 입자로 구성된 구조체의 거동 해석시 입자간의 상호작용을 무시할 수 없기 때문이다. 본 연구에서는 입 자로 구성된 구조체(rock-berm) 의 분할에 Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) 기법을 이용하여 충돌해석을 수행 하고 이를 기존의 Lagrange 기법을 사용한 해석결과와 비교하여 SPH 기법의 적용 가능성을 알아보았다. 결과적으 로 SPH 기법이 입자로 구성된 구조체의 충돌해석에 사실적인 모사가 가능한 것으로 파악되었다. 핵심용어 : 충돌해석, rock-berm 보호공, SPH 기법, 앵커 충돌 Abstract : It is not easy to analyze the behavior of a structural body composed of particles such as rocks using the finite element method facilitating typical element meshes because we cannot ignore the interactions among particles. In the study, we investigated the applicability of smooth particle hydrodynamics (SPH) element method for collision analysis of rock-berm by comparison with the conventional Lagrange method. As the result, SPH technique is expected to be capable of realistic simulation under collision analysis of material composed of particles. Keywords : collision analysis, rock-berm protector, SPH technique, Anchor collision 1. 서 론 해저케이블과 파이프라인은 육지에서 도서지역으로 전력, 식수, 통신 등의 수송을 담당하는 사회기반시설이며 설치 위 치( 천해 또는 심해) 에 따라 발생 가능한 손상을 고려한 보호 공법이 요구된다. 특히 천해부의 경우 각종 어로 활동이나 선 박의 정박활동이 위해요소로 작용한다. 그리고 포설되는 수 심의 변화에 따라 위해요소의 종류와 특성이 상이하기 때문 에 상황에 맞는 보호 공법의 적용이 매우 중요하다. 천해부 에서는 항행하는 선박에 의한 앵커와 어구에 의한 손상을 방 지하기 위하여 매설, 보호 구조물 등 다양한 보호공법이 요 구된다(Ahn et al., 2007). 기존의 보호공법에 관한 연구를 살펴보면 해저케이블의 매 설에 대해 위해요소의 분류 및 대상 지질에 대한 어구와 앵 커의 관통깊이 평가가 진행되었다(Allan, 1998). 또한 관련 설 계지침으로 보호공법의 위해성 평가, 파이프라인의 규준과 해 저케이블의 설치와 보호에 따른 권고사항들이 제시되고 있다 (DNV, 2010; DNV, 2012). 그리고 컴퓨터 기술의 발전과 유 한요소해석 프로그램의 개발로 인하여 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 연구가 진행되고 있으며 Woo et al.(2009) 은 아치형 보호구조물의 앵커 충돌 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 위 해요소의 충돌력 산정과 관련하여 전산유체해석을 이용하여 앵커의 항력계수를 계산하여 앵커의 수중낙하속도를 산정하 는 연구도 진행되었다(Woo et al., 2013). 상기의 보호공법 중 돌을 쌓는 형태인 rock-berm 은 구조물 의 상부에 돌을 쌓아서 흐름에 의한 유체력과 충돌체에 의해 발생 가능한 외적하중으로부터 해저케이블, 파이프라인을 보 호하는 역할을 수행한다. Rock-berm에 대한 기초 연구들은 berm 유형의 구조물의 파력 안정성 해석에 집중되어 있다 (Corkum and Martin, 2004; Tørum et al., 2012). 또한 rock-berm 의 기본재료가 되는 암석 재료의 수치해석에 관한 연 구들도 폭발, 고속 충돌과 같은 고변형률속도를 대상으로 하 는 암석의 손상 및 파괴에 관한 연구들이 대부분이다(Hao and Hao, 2013; Zhu et al., 2007). 반면 자유 낙하하는 앵커의 충 돌과 같은 저속 충돌에 관한 연구는 Woo et al.(2009) 에 의해 연구가 수행된바 있으나 이는 구조물의 충돌해석이고 rock- berm 과 같이 작은 입자로 구성된 구조체를 대상으로 하는 연 구는 찾아보기 어렵다. 특히 암석으로 이루어진 rock-berm의 충돌해석에 관한 연구는 종전에 수행된 바가 없다. 기존의 Lagrange 기법의 경우 재료내부의 공극을 묘사할 수 없는 단 *부경대학교 해양공학과(Corresponding author: Won-Bae Na, Ocean Engineering Department, Pukyong National University, Busan 608-737, Korea. Tel: +82-51-629-6588, Fax: +82-51-629-6590, wna@pknu.ac.kr) **(주)한국해양기술 (Korea Ocean Engineering & Consultants Co.. LTD, Suwon, Kyunggi 442-819, Korea)