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표제지

목차

요약문 15

ABSTRACT 16

제1장 서론 18

1.1. 연구배경 18

1.2. 선행연구 20

1.3. 연구내용 22

제2장 이론해석 24

2.1. 문제의 정식화 24

2.2. 경계요소법 27

제3장 모형실험 32

3.1. 실험장비 32

3.1.1. 탱크 구동장치 32

3.1.2. 탱크 모형 34

3.1.3. 내부재 35

3.1.4. 측정 장비 37

3.2. 실험방법 39

제4장 실험결과 44

4.1. 순수한 탱크 내 슬로싱 44

4.2. 타공판 실험 48

4.2.1. 내부재 1개 48

4.2.2. 내부재 2개 실험 64

4.2.3. 내부재 4개 실험 77

4.2.4. 탱크의 운동진폭 변화 실험 83

4.3. 슬릿판 실험 87

4.3.1. 내부재 1개 실험 87

4.3.2. 내부재 2개 실험 88

제5장 결론 및 향후 연구 90

참고문헌 93

표목차

Table 3.1. Specification of porous baffles used in the sloshing test 36

Table 3.2. Experimental conditions in model tests 42

그림목차

Fig. 2.1. Definition sketch of a rectangular tank with a porous baffle placed at center 24

Fig. 2.2. Definition sketch of boundaries and elements 28

Fig. 3.1. Design sheet and experimental model of device for actuating the... 33

Fig. 3.2. 3-D sketch and photograph of a rectangular tank model 34

Fig. 3.3. Detailed sheet of punched plate (left) and slotted plate (right) 35

Fig. 3.4. Experiment model of the punched plate (left) and slotted plate (right) 36

Fig. 3.5. Relation between the voltage and pressure 39

Fig. 3.6. Installation photograph of the pressure gauge on tank wall 39

Fig. 3.7. Snapshot of the Image tracking for measuring water elevation and tank motion 40

Fig. 3.8. Time series of the tank's sway motion, wave elevation and pressure... 41

Fig. 3.9. 3D sketch and snapshot of experimental set-up 42

Fig. 3.10. Position and number of baffles used at model tests 43

Fig. 4.1. Comparison of amplification ratio between the experimental and... 46

Fig. 4.2. Comparison of the pressure between the experimental and numerical... 47

Fig. 4.3. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental and... 49

Fig. 4.4. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental and... 49

Fig. 4.5. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental and... 50

Fig. 4.6. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental and... 50

Fig. 4.7. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental and... 51

Fig. 4.8. Comparison of the amplification factor as function of porosities of... 51

Fig. 4.9. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 53

Fig. 4.10. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 53

Fig. 4.11. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 54

Fig. 4.12. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 55

Fig. 4.13. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 55

Fig. 4.14. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 56

Fig. 4.15. Comparison of the measured pressure as function of porosities of... 56

Fig. 4.16. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 58

Fig. 4.17. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 58

Fig. 4.18. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 59

Fig. 4.19. Comparison of the amplification factor as function of porosities of... 59

Fig. 4.20. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 60

Fig. 4.21. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 61

Fig. 4.22. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 61

Fig. 4.23. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 62

Fig. 4.24. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 62

Fig. 4.25. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 63

Fig. 4.26. Comparison of the pressure as function of porosities of porous baffle... 63

Fig. 4.27. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 65

Fig. 4.28. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experiinental... 65

Fig. 4.29. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 66

Fig. 4.30. Comparison of the amplification factor as function of porosities of two... 66

Fig. 4.31. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 67

Fig. 4.32. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 67

Fig. 4.33. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 68

Fig. 4.34. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 69

Fig. 4.35. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 69

Fig. 4.36. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 70

Fig. 4.37. Comparison of the pressure as function of porosities of two porous... 70

Fig. 4.38. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 71

Fig. 4.39. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 72

Fig. 4.40. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 72

Fig. 4.41. Comparison of the amplification factor as function of porosities of two... 73

Fig. 4.42. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 73

Fig. 4.43. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 74

Fig. 4.44. Comparison of amplification ratio (x＝-0.6a) between the experimental... 74

Fig. 4.45. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 75

Fig. 4.46. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 76

Fig. 4.47. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 76

Fig. 4.48. Comparison of the pressure as function of porosities of two porous... 77

Fig. 4.49. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 79

Fig. 4.50. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 79

Fig. 4.51. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 80

Fig. 4.52. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 80

Fig. 4.53. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 81

Fig. 4.54. Comparison of amplification ratio (x＝-a) between the experimental... 82

Fig. 4.55. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 82

Fig. 4.56. Comparison of pressure (x＝-a,z＝-8cm) between the experimental... 83

Fig. 4.57. Comparison of amplification ratio (x＝-a) according to the motion... 84

Fig. 4.58. Time series of the wave elevation (x＝-a) for single porous baffle... 85

Fig. 4.59. Amplitude spectrum of wave elevation for single porous baffle placed... 85

Fig. 4.60. Time series of the wave elevation (x＝-a) for single porous baffle... 86

Fig. 4.61. Amplitude spectrum of wave elevation for single porous baffle placed... 86

Fig. 4.62. Comparison of the amplification factor and measured pressure as... 88

Fig. 4.63. Comparison of the amplification factor and measured pressure as... 88

Fig. 4.64. Comparison of the amplification factor and measured pressure as... 89

Fig. 4.65. Comparison of the amplification factor and measured pressure as... 89

초록보기

배, 비행기, 자동차 등 여러 운송수단들은 이동 중에 바람, 파도 등과 같은 외력이 작용하면 탱크 내에 채워진 유체의 유동이 일어나 운송수단의 내구성과 안정성에 악영향을 미칠 수 있다. 이러한 현상을 슬로싱(Sloshing) 현상이라 한다. 본 논문에서는 탱크 내 슬로싱 현상을 줄이는 방법으로 직립형 투과성 내부재를 사용하였다. 투과성 내부재의 특성에 따른 슬로싱 억제 효과를 확인하기 위하여 내부재의 종류, 공극율, 설치 개수와 배치 방법 등을 변경하면서 모형실험을 수행하였다. 모형실험을 통하여 측정된 탱크 내 수위와 압력은 경계요소법을(Boundary Element Method) 이용한 수치해석 결과와 비교하였다. 탱크 벽면에서 측정된 수위와 압력은 내부재의 공극율과 설치 개수 및 배치 방법에 크게 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다. 투과성 내부재 1개를 탱크 중앙 바닥 면에 설치한 경우 공진주기에서 수위와 압력이 크게 감소하였으나 내부재를 2개 이상 설치한 경우에 대한 슬로싱 억제 효과는 내부재 1개에 비하여 크지 않았다. 공극율이 작은 경우에는 탱크 내 유체의 고유주기가 불투과성 내부재를 설치한 경우에 대한 유체의 고유주기와 비슷하고 공극율이 특정 값을 넘어서면 내부재가 없는 순수한 탱크 내의 슬로싱 특성을 보였다. 내부재를 일정 깊이 잠기게 설치한 경우 내부재의 하부를 통하여 유체가 자유롭게 이동할 수 있으므로 공극율에 관계없이 내부재가 없는 순수한 탱크의 슬로싱 특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 공극율이 약 0.1에서 0.2사이에 있는 투과성 내부재가 슬로싱 억제 성능이 가장 우수함을 실험을 통하여 확인할 수 있었다. 즉, 슬로싱 현상을 억제하는데 최적인 공극율이 존재함을 의미한다. 끝으로 모형실험을 통해 측정한 수위와 압력 결과는 수치해석 결과와 정성적으로 잘 일치하여 수치해석방법의 타당성을 검증할 수 있었다. 수치해석은 자유표면의 비선형 현상 탱크 내의 점성효과를 고려하지 못함으로 실험결과와 정량적인 값 차이는 존재한다. 그러나 위 결과들은 앞으로 슬로싱 저감을 위한 내부재 개발에 필요한 기초 자료을 제공하는데 도움을 줄 것으로 생각된다.

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