설계파고산정및 계산return period...10.3rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고...

48
설계파고 산정 및 계산 RETURN_PERIOD 2009 9 28 ZENTECH ENGINEERING CO.LTD.

Upload: others

Post on 09-Jan-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

설계파고 산정 및 계산RETURN_PERIOD

년 월 일2009 9 28

ZENTECH ENGINEERING CO.LTD.

Page 2: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

불규칙한 해상상태10.1

바다의 구분10.1.1

앞 장들에서 규칙적인 사인파형의 긴 파정에 의한 선체 운동들을 학습하였는데 이

들은 해석적인 방법들로 다룰 수 있기 때문이였다.

하지만 규칙파들에서 순수한 선체운동의 취급은 상당한 부분까지 자연에 관한, , ,

학문이다.

그 이유는 실제 바다는 규칙적으로 만들어지는 수면을 가지지 않고 파형은 차라리,

복잡하고 극히 불규칙하기 때문이다.

비록 실제 바다가 매우 불규칙하더라도 해양학자들은 통계적인 방법들로 얼마나,

자주 다양한 파고들이 주어진 에너지 량을 가지는 특수한 수면의 어떤 시간주기에

걸쳐 나타나는가를 통계적인 방법들로 예측할 수 있었다.

불규칙한 해상상태에서 수면이 계속적으로 변하기 때문에 해상상태의 통계학을 수,

행하기 위해 파고에 관한 약간의 새로운 항들이 본 장에서 정의될 것이다.

불규칙파면이 시간과 장소에 따라 변한다 풍속이나 뷰포트 수에 의해 그런데 이, ,

것은 풍속을 추정하거나 보고하는 방법이다.

이 시스템이 영국해군의 뷰포트 장군에 의해 세기 초에 고안되었다19 .

해상상태는 바다의 수면 상태이다 예 조용한 수면 백파( , ; calm water, ; white

caps).

수면을 보아 개체가 뷰포트 수를 유도하고 풍속도 그렇다, .

사인파형의 경우에 진폭 주기 등은 같으나 불규칙한 해상상태에서는 이들 값들, , ,

이 계속적으로 시간에 따라 그리고 장소에 따라 변한다.

불규칙한 해상상태에서 시간의 함수로서 임의의 주어진 점에서의 수면의 교란이 그

림 에 보이는데 여기서 다음의 기호들이 사용되었다5.2a , :

상승 수면의 정지 또는 기준선으로부터의 순간적인 변위= ( )

Page 3: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

분명한 파 진폭 정지위치 또는 참고선으로부터 파정의 거리= ( )

분명한 파고 연속 파정과 파저 사이의 수직길이= ( )

분명한 제로크로싱 주기=

하나의 기록에서 두개의 연속적인 상향 제로 크로싱 사이의 소요시간( )

두 개의 연속 파정들 사이의 경과 시간= .

불규칙파 해상상태의 상승이 그림 의 주어진 시간 순간에 기반에 그려진5.1b x

다.

제로 업크로싱의 겉보기 파장 전진방향으로 인접 제로 업크로싱= (

사이의 거리)

인접 파정들 사이의 겉보기 파장 진행 방향으로 인접 파정들 사이의= (

수평 거리)

Page 4: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

주어진 점 에서 시간 축에 대해 그려진 불규칙 해상상태(a) x

주어진 시간에 에 대하여 그려진 불규칙한 해상상태(b) x

그림 불규칙한 해상상태5.1

주어진 바다의 위치와 주어진 시간에서의 불규칙 해상상태의 평균파고는 높이가 1

이하인 파들을 제외한 관측 자료들의 모든 파고들의 대수평균이다ft , .

주어진 시간과 주어진 위치에서의 불규칙파의 유의파고 (hw)1/3 는 주어진 기록의

큰 파고들의 대수 평균이다1/3 .

파고가 이하의 파들은 무시되었다1 ft .

마찬가지로 큰 파들의 평균10% (hw)1/10 은 같은 관측의 큰 파들의 파고의 평1/10

균이고, (hw)1/100 은 큰 파들의 평균으로 큰파들 파고들의 평균이다1% 1/100 .

예 5.1

파기록으로부터 파고 특성들이 표 과 같이 보인다5.1 .

Page 5: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

평균파고 유의파고 평균 파고들을 계산하라, , 1/10 , 1/100 .

표5.1

wave height① No. of waves②1.0 4.002.0 40.03.0 31.04.0 25.05.0 2.00합 102

계산표

wave①height

No. of②waves

근사 %③ 누적 분포④수

= x⑤ ① ② = 1/3⑥ ⑤ =1/10⑦ ⑤ = 1/100⑧⑤

1.0 4.00 3.92 102 4.00

2.0 40.0 39.2 98.0 80.0

3.0 31.0 30.4 58.0 93.0 21.0 (=3*7)

4.0 25.0 24.5 27.0 100 100 8*4 = 32

5.0 2.00 1.96 2.00 10.0 10 10 5

합 102 100 287 131 42 5

따라서 파고 개중에서 개만 취한다102/3 = 34 ( = 2 + 25 + 7) 4.0 ft 31 7 .

131/34 = 3.83 : (hw)1/3

102/10 =10.2 =>42/10 = 4.2 : (hw)1/10

5/1 = 5 : (hw)1/100

표 로부터 다음 자료가 얻어진다5.1 :

평균파고 = 287 / 102 = 2.81 ft

유의파고 또는 파들을 생각한다= 131/34= 3.83 ft ( 102/3 34 . )

높은 파고들의 평균 또는 파들을 생각한다1/10 = 42 / 10= 4.1 ft ( 102/10 10 . )

Page 6: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

높은 파고들의 평균 또는 파만을 고려한다1/100 = 5 / 1 = 5 ft ( 102/100 1 . )

높은 파고들의 평균 최소한= 5 ft

주의 유의파고를 계산할 때 큰 파로부터 만을 생각한다: 1/3 1/3 .

해양학의 표준관례에서 불규칙한 해상상태에서의 선박의 응답이 통게학적 연구에서

불규칙한 해상상태의 유의파고에 관계되지만 더 심한 해상상태에서는, (hw)1/10 이

종종 선체운동 설계에 자주 고려된다.

불규칙한 해상상태의 표현방법10.2

어떤 해상상태의 불규칙성의 정도가 크고작음이 히스토그램의 형상으로 결정될 수

있다,

즉 히스토그램은 하나의 주어진 시간이나 어떤 주어진 장소에서의 개개 파 특성의,

주파수 함수이다.

히스토그램을 준비하기 위해 파 기록을 초60 정도의 같은 시간 간격으로 잘라 각

구간의 평균 파고를 계산하여 이들 구간의 모든 평균 파고를 큰 순서로 도표화한,

다 그림( 5.3 ).

다음에, ζa 값들이 같은 높이의 그룹으로 나누어 각 높이 그룹의 수가 표본 전체,

수로 나눈다.

각 그룹의 값이 그림 의 히스토그램에 보이듯이 그려진다% 5.4 .

분의 파고 실제기록을 그림 과 같이 가졌다고 가정하자200 5.3 .

Page 7: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

그림 시간 주기에 걸친 파고들의 기록5.3

에서 의 높이를 가지는 구간이 개 에서 의 평균 높이를 가1.5 2.5 ft 26 , 2.5 3.5 ft

지는 구간이 개 에서 의 높이를 가지는 구간이 개 등 분 간격의22 , 3.5 4.5 ft 20 , 1

구간들이 개가 있다고 하면 경험적으로 파의 히스토그램이 그림 표200 , 5.4, 5,3

과 같은 또는 정규분포Gaussian 를 가진다.

그림 파고의 주파수 함수5.4

Page 8: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

곡선10.3 Rayleigh

이론적 레이라이 곡선이 파고 진폭 배 의 히스토그램에 잘 일치함을(Rayleigh) ( 2 )

경험적으로 알 수 있다.

곡선은 다음 식으로 표현된다Rayleigh .

(5.1)

여기서 p(Hi 는 임의의 특정 파고) Hi 가 로 나타날 회수의 퍼센트 또는0 < p < 1

당 확율밀도이다foot .

가 제로이면p Hi 결코 일어나지 않고 이면 매번 가 일어난다, p = 1 H .

더욱이, H2 는 다음과 같이 정의되는 파고의 자승들의 평균이다bar .

여기서 f(Hi 는) Hi 의 발생수이다.

이것은 예 에 매우 쉽게 설명되어 있다5.2 .

예 5.2

다음 파고들이 시간 주기 동안 기록되었다24 .

Page 9: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

파고 (ft) 0-5 5-10 10-15 15-20 20-25

파 갯수 5600 7200 1920 960 320

파고 히스토그램을 이론 분포와 같이 그려라Rayleigh .

풀이:

히스토그램 자료가 표 에 주어졌다5.4 .

파기록①H② i 빈도수③ 빈도수%④ 빈도수% / ft⑤ ^2 *⑥ ② ③

0-5 2.5000 5600.0 35.000 7.0000 35000

5-10 7.5000 7200.0 45.000 9.0000 4.0500e+05

10-15 12.500 1920.0 12.000 2.4000 3.0000e+05

15-20 17.500 960.0 6.0000 1.2000 2.9400e+05

20-25 22.500 320.0 2.0000 0.40000 1.6200e+05

SUM 16000.0 1.196 E6

계산방법 열 의 합 계산: 16000③

= / 16000 * 100④ ③

= / 5⑤ ④

H2 bar = 1.196 E6 / 16000 = 73.75 ft2

H = 8.6

로 얻어진 열의 값들 파고 기록의 구간인데 파 히스토그램의 종선을/ 5 , ,④ ⑤

결정한다.

하지만 파 기록들이 간격으로 그룹지어져 있으면 열 는 와 같은 값을, 1 ft , ⑤ ④

가질 것이다.

분포의 표본 계산은 다음과 같다Reyleigh .

파고의 확율은2.5 ft

Page 10: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

마찬가지로 다른 확율값들이 표 와 같이 계산된다 그리고 그림 으로 그, 5.5 . 5.6

려진다.

표 5.5

Wave Record Mean Height Rayleigh Ord.

Hi (ft) p(Hi)

0-5 2.5 0.0623

5-10 7.5 0.0949

10-15 12.5 0.0407

15-20 17.5 0.0075

20-25 22.5 0.0006

그림 히스토그램5.6a

주의 분포곡선 아래의 면적의 합은 이되어야 한다: Rayleigh 1 .

즉 전체 확율은 이 되어야 한다( , 1.0 .)

으로부터 우리는 다음을 얻는다5.6b .

에서 까지의 면적 적분 공식2.5 22.5 = Simpson

Page 11: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

= 1/3 (5)(0.0623 x 1 + 0.0949 x 4 + 0.0407 x 2 + 0.0075 x 4 + 0.0006 x 1)

= 0.92

에서 까지의 면적0 2,5 = 1/12 (2.5) C5(0)+ 8(0.0623) - 0.0966),

적분 법칙 참조= 0.08 ( 5, 8, - 1 )

전체면적 = 0.92 + 0.08 = 1.0

이것은 전체 파들이 일어날 확율이다.

그림 분포5.6b Rayleigh

이것의 정의로부터 우리는

가 바다 전체 면적에 걸친 평균이고 바다의 평균 에너지를 매우 근사하,

게 나타내는 것을 알 수 있다 즉. ,

Page 12: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

따라서 히스토그램 아래의 면적을 안다면 분포식에, , Rayleigh

를 직접 관련지음으로써 이것으로부터 다른 파고들의 발생빈도를 결정할

수 있다.

즉, 인 확율은 다음과 같다.

파 스펙트럼10.4

많은 수의 다른 파장과 파고를 가지는 사인파들이 서로 중첩된다면 불규칙한 파가

만들어진다.

결과적인 파가 파고 파장 또는 주기가 다른 파형을 보여준다, .

그림 에서 자신의 특수한 파장과 파고를 가지는 개의 사인파형들을 생각하여5.7 4

설명한다.

그림 에 보이는 가지파들의 결합이 파장과 파고가 모두 극히 불규칙적인 형5.7e 4

상이다.

많은 사인파들의 중첩이 극히 불규칙적인 해상상태를 만들 뿐만아니라 해상상태의,

형태가 전혀 달라 반복하지 않는다.

하지만 파들의 불규칙성을 고려하는 유일한 하나의 방법은 전체 에너지를 결정하,

Page 13: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

는 것이다.

이것은 그들의 중첩에 의해 해상상태를 만드는 작고 규칙적인 사인파들의 에너지들

을 모두 합함으로써 얻어진다.

해상상태의 심한 정도는 그 안에 존재하는 파들의 모든 에너지 내용에 의해 재어진

다.

절에서 언급하였듯이 바다 표면 평방 피트 당 사인파의 에너지가 다음과 같이3.7 ,

주어진다.

따라서

모든 파들이 포함된 수면의 평방 피트 당 전체에너지가 다음과 같이 주어진다.

따라서 임의의 주어진 해상상태가 다양한 파 성분들의 다른 주파수들 또는 파장들(

또는 파주기들 에 대한 에너지 분포로 셜명될 수 있다) .

에너지의 주파수 분포가 예 에서 설명되었듯이 특수한 해상상태의 에너지 스, 5.3 ,

펙트럼으로 불린다.

예 5.3

다음 특성을 가진 개의 다른 파들로 구성된 하나의 불규칙파의 에너지 분포를 구4

하라.

Page 14: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

파 번호 1 2 3 4

파장 (ft) 1265 562 316 202

파고 (ft) 3 5 4 2

풀이:

각진동수는 다음과 같으며,

여기서

따라서 파면 제곱 당 전체 에너지는ft

여기서 청수의 비중량은 다음과 같다.

파들의 주파수에 따른 이 전체에너지 분포는 그림 과 같은데 여기서 종선이5.8 , ,

이 특수한 예에서 인 밴드폭에 의해 개별적 에너지 양을 나눔으로써 얻어진0.2 ,

다.

에너지 차원이 임을 주의하라lb-ft .

Page 15: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

전체 곡선 아래 면적이 이 차원을 가지기 때문에 종선은 인데 가로축, lb-sec/ft ,

이 sec-1 의 차원을 가지기 때문이다.

에너지 스펙트럼 아래의 전체 면적이 그 파 성분들의 전체 에너지를 준다.

그림 의 곡선에 의해 보이듯이 각 주파수에 의한 에너지가 작은 밴드폭5.8 , δωw

이 주어졌음을 주의하라.

그림 네 개의 파들의 에너지 스펙트럼5.8 .

실제 바다는 모든 주파수들로 만들어져 있고 파형 그자체가 결코 반복되지 않기 때

문에 에너지 스펙트럼은 연속곡선으로 되어 있고 무한개의 규칙파의 기여로 구성, ,

되어 매우 작은 진폭들과 파장을 가진다, .

에너지 스펙트럼은 주파수 전 범위를 카버한다 밴드폭: δωw

이 감소하고 개체 파열 수가 무한대에 이를 때까지 증가한다, .

동시에 각 개체 파의 에너지 성분이 또한 감소하여 하지만 해상상태에서 사용가; ,

Page 16: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

능한 에너지 전체량은 같다.

ωw 에서 무한대 사이의 연속곡선이 실제로 파들의 에너지 스펙트럼을 나타낸= 0

다.

어떤 주어진 풍속에서 처음 생성되는 파들이 짧다는 것을 주의하라 장파들은 연속;

적인 바람에 의해 만들어진다.

극단적으로 충분히 발달된 바다가 바람이 연속적으로 불 때 변하지 않고 안정한 것

을 만든다.

따라서 충분히 발달된 바다가 형성될 때까지 에너지 스펙트럼은 계속 변한다.

파들이 성장하는 동안 장파들이 만들어지고 예 짧은 주파수들로 부터의 기여들, ( ,

이 탁월하다).

또한 장파들의 생성과 함께 에너지 스펙트럼의 최대값이 낮은 주파수 쪽으로 이, ,

동된다.

이것은 또한 풍속이 증가를 경험하는 때 충분히 발달한 경우이다.

Page 17: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

그림 여러 풍속에 대한 충분히 발달한 파의5.12 energy spectra

우리는 가 파들안의 에너지를 나타내며 곡선 아래 면적이 같은 량을 주는 것(5.4)

을 보았다.

이제 그림 의 스펙트럼 대신에 로부터 다른 종선을 가지는 른 그림을, 5.8 , 5.4 ㄷ

그릴 수 있다.

Page 18: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

주의 가 나뉘어졌는데 새로운 그림의 곡선 아래 면적 일반적으로 로 표시: g , ,ρ

되는 가 나중에 에너지를 얻기위해 곱해졌다g .ρ

새로운 그림이 파 스펙트럼이라고 불리는데 종선이 파에너지의 스펙트럴 밀도라고,

불린다.

예 의 파 스펙트럼이 그림 에 보인다5.3 5.13 .

예 에서5.3 ,

따라서 그림 의 파 스펙트럼 아래의 전체면적이 의 값을 가지게되며5.8 6.755 ,

청수에서( ) 62.4 lb/ft3

인 로 곱하면 앞에서와 같이 인 에너지를 준다g , 421.2 lb/ft .ρ

에너지 스펙트럼의 경우에서와 같이 파 스펙트럼의 종선이 이 특수한 예에서, 0.2

인 밴드폭에 의해 개개의 1/2 (amplitude)2

값들로 나눔으로써 얻어진다.

결론적으로 분포로부터 최대파고를 얻는데 고려되는 파들의 수의 극한이Rayleigh

있음을 주의하여야 한다.

만약 파 기록이 매우 긴 시간동안 만들어져 비록 우리가 매우 큰 파를 얻는다고 하

Page 19: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

더라도,

극히 큰 파의 발생빈도가 매우 낮다.

따라서 종종 개의 파들의 기록이 파 스펙트럼을 결정하기에 충분한 대표로 생1000

각되며,

큰 파의 가장 있음직한 값이 가장 가능한 큰 값으로 취해진다1/1000 " " .

종종 관측들의 수가 아니라 통계적 평가를 위해 파 기록을 얻는데 시간 주기가 고

려되며,

예로 한 시간 안에 지나는 파들의 전체 수 또는 더 긴 주기 동안 하나의 점을 지,

나는 전체 수이다.

전체 파 수는 유의파 주기를 시간으로 나누어 얻는다1 .

불규칙 해상상태의 예측10.5

해상상태를 정의하기 위하여 제한된 시간 기간에 걸친 특정 해상상태의 주파수와

파고들의 표본을 구하는 것이 필요하다.

비록 파 형태가 반복되지는 않지만 해상상태의 통계적인 특성들인 에너지 스펙트, ,

럼이나 파 스펙트럼은 같다.

이것이 통계적인 연구의 이점이다.

달리 말 하면 특정 해상상태를 위한 기록을 근사하는 사인파형 성분이 시산과 장,

소에 무관하게 같으며 단지 위상 방향만 서로 다를 뿐인데 따라서 파 시스템의 에,

너지는 일정하다.

비록 스펙트럴 밀도 곡선이 단지 하나의 파 기록으로부터 그러진다고 하더라도 파,

기록들의 많은 표본들을 취함으로써 임의의 주어진 면적의 평균 파 특성을 얻는 방

법이 자주 선택된다.

스펙트럴 밀도 곡선이 확율이론에 기반을 둔 해석적 표현에 의해 근사된다.

파 진동수에 기반을 둔 스펙트럴 밀도곡선을 그리는 과정이 아래 설명되어 있다.

에서 사이의0.75 0.85 (i.e., ωw 그리고 밴드폭이 인 가지= 0.8 ±0.05), 0.1 4

파 진동수의성분파들로 만들어지는 기록을 생각하자.

파 기록의 파진폭은

Page 20: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

또는 어떤 밴드폭 곡선 아래 면적이 모든 성분파들의 1/2 (amplitude)2 합이다.

따라서

인데 여기서 와0.75 0.85 sec-1 사이의 ωw 의 에너지 밀도 곡선 아래 면적이다.

δωw = 0.1 sec-1 이므로 즉 우리 기록에서, 0.85 - 0.75

Page 21: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

이 값이 그림 에 그려진 에너지 밀도에서 얻어진 값이다5.14a .

특정한 진동수 밴드에 대한 에너지 밀도(a) .

규칙파 중의 시간 등간격들 사이의 수면 상승(b)

Page 22: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

불규칙파 중의 시간 등간격들에서의 수면 상승(c) .

그림 에너지 밀도5.14 .

이제 파 수면의 평방 피트 당 전체 에너지는 E = gmρ 0 인데 여기서, m0 가 에너지

밀도 스펙트럼 아래의 면적 이며 차원적으로 다음과 같다.

E = (ML-3 ) (LT-2 ) (L2 ) or E = (ML-2 T-2 )

해상상태의 에너지 스펙트럼이 형태가 아닌 것을 주의하라Gaussian .

파 상승의 해상상태 기록 히스토그램 은 이다( ) Gaussian .

불규칙한 해상상태의 파고들의 히스토그램은 분포보다 다소 적은 것으로Rayleigh

알려져 있다.

에너지 스펙트럼은 임의의 함수 형태를 가질 것이다.

Page 23: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

표준 파 스펙트럼10.6

이 표준 파 스펙트럼은 에서 추천한ITTC (International Towing Tank Conference)

것이다.

특수한 바다의 파 스펙트럼이 없을 경우에 다음과 같은 국제 토잉탱크협회,

스펙트럴 식이 사용된다[International Towing Tank Conference (ITTC)] .

(5. 16)

여기서 ωw 는 초 당 래디안의 원진동수이고 중력가속도이다, .

여기서 S(ωw 는 단의가) cm2 이고 는-sec B 3.11 x 104/ H1/32

H1/3 는 센치미터로 유의파고이다.

피트 단위로는 S(ωw 는) ft2-sec , B = 33.56 / H1/32, H1/3 는 피트로 유의파고이

다.

만약 통계적 정보가 특성 파 주기와 유의 파고 모두에 적용 가능하다면b. ,

여기서 유의파 주기 는 다음과 같이 주어진다T .

이 데이터는 이 주기가 관측된 주기로 구할 것을 제안한다.

더욱이 유의파고,

이 유의파고가 분산 이다4.0 x (variance) .

비록 유의파고 안에 넓은 변화가 주어진 풍속에 있지만 풍속과 유의파고 사이c. ,

의 근사관계로부터 풍속만 알면 사용될 수 있는 식이 다음과 같이 정의된다.

Page 24: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

풍속 [knots] 유의파고 [ft]2030405060

1017.226.536.648

여기서 풍속은 선원들에 의해 감지된 것이다.

예 5.4

식을 사용하여 풍속 의 파 스펙트럼을 구하라a. ITTC 31 knots .

만약 파고 히스토그램이 분포를 따른다는 가정이 유효하지 않으면 이b. Rayleigh ,

스펙트럼

으로부터 유의파고를 구하라.

풀이:

풍속이 이므로 곡선식으로 부터 유의파고가 이다31 knots , 18.32 ft .

Page 25: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

그림 풍속과 유의파고5-15 (ITTC, 1976)

스펙트럴 밀도는

Page 26: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

와 값을 대입하면 파 스펙트럼을 표 과 같이 구한다 그림 참조A B , 5.8 . ( 5.16 ).

표 5.8

그림 유의파고 의 파 스펙트럼5.16 18.5 ft

ω① w [sec-1 ] B/ω② w

4 e③ - B/ w4ω S(ω④ w ) ft2-sec

0.200 61.287 2.4165e-27 6.3319e-23

0.300 12.106 5.5253e-06 0.019066

0.400 3.8305 0.021699 17.769

0.500 1.5690 0.20826 55.881

0.600 0.75664 0.46924 50.599

0.700 0.40841 0.66470 33.162

0.800 0.23940 0.78710 20.141

0.900 0.14946 0.86117 12.229

1.00 0.098060 0.90659 7.6018

1.10 0.066976 0.93522 4.8691

1.20 0.047290 0.95381 3.2141

1.30 0.034334 0.96625 2.1821

1.40 0.025526 0.97480 1.5198

1.50 0.019370 0.98082 1.0830

1.60 0.014963 0.98515 0.78778

1.70 0.011741 0.98833 0.58366

1.80 0.0093412 0.99070 0.43963

1.90 0.0075245 0.99250 0.33610

2.00 0.0061287 0.99389 0.26043

Page 27: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

또한

Page 28: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

따라서 유의파고가 이다15 ft .

평균 유의 그리고 따른 파고들이 수정계수를 적용함으로써 통계적으로 얻어진다, .

하지만 표준 식이 주어진 유의파고에 대한 파 스펙트라에 사용될 때 가, ITTC CF 1

로 취해진다.

그 이유는 파고 히스토그램이 분포를 따른다고 가정하였기 때문이ITTC Rayleigh

다.

있음직한 가장 큰 파 진폭10.7

파들의 기록에서 있음직한 가장 큰 파고의 기대값이 식 에 의해 통계적n (5.17) ,

으로 얻어지는데 있음직한 가장 큰 진폭은,

(5.17)

여기서 은 관측의 전체수n , m0 는 파 스펙트럼 아래의 면적 는 수정계수, CF (1 -

ε2)1/2 이다.

다른 값들에 대해 표 이 식 을 사용하는 결과를 보인다n , 5.10 (5.17) .

Page 29: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다

예로 만약 파고 진폭의 배 히스토그램이 이상적인 분포 수정계수가 인 를, ( 2 ) ( 1 )

따른다면,

m0 = 80.70 ft2 의 한 값에 대해 개중 하나가 의 진폭을 가지고, 50 25.5 ft , 1000

개중 하나가 의 진폭을 가질 것이다33.6 ft .

파 진폭들의 있음직한 가장 큰 값들의 통계적 추정이 실제 설계 고려에서 유용하

다.

표 표준 스펙트럼으로부터 얻은 파 특성5.9 ITTC (hw)1/3 =18.5 ft.

ω① S( )ω② ③ = x④ ② ③ ω⑤ 2 = x⑥ ⑤ ② = x⑦ ⑥ ③ ω⑧ 4 = x⑨ ⑧ ② x⑨ ③

0.200000.300000.400000.50000

00.01906617.76955.881

1424

00.07626335.537223.52

0.0400000.0900000.160000.25000

00.00172.843013.970

00.00695.685955.881

0.00160.00810.02560.0625

00.000150.454873.4925

00.000620.9097513.970

0.600000.700000.800000.900001.0000

50.59933.16220.14112.2297.6018

24242

101.20132.6540.28248.91515.204

0.360000.490000.640000.810001.0000

18.21616.24912.8909.90537.6018

36.43164.99825.78039.62115.204

0.129600.240100.409600.656101.0000

6.55777.96228.24988.02337.6018

13.11531.84916.50032.09315.204

1.10001.20001.30001.40001.5000

4.86913.21412.18211.51981.0830

42424

19.4776.42828.72843.03954.3321

1.21001.44001.69001.96002.2500

5.89174.62833.68782.97872.4368

23.5679.256614.7515.95759.7471

1.46412.07362.85613.84165.0625

7.12896.66486.23235.83835.4828

28.51613.33024.92911.67721.931

1.60001.70001.80001.90002.0000

0.787780.583660.439630.336100.26043

24241

1.57562.33460.879251.34440.26043

2.56002.89003.24003.61004.0000

2.01671.68681.42441.21331.0417

4.03346.74712.84884.85331.0417

6.55368.352110.49813.03216.000

5.16284.87484.61504.38014.1669

10.32619.4999.230017.5204.1669

합 645.78 326.41 284.76

표 파 개수에 따른 가장 있음직한 최대 파고5.10

파 갯수 가장 있음직한 가장 큰 파고

110100100010,000100,000

1 x m01/2 CF

2.24 x m01/2 CF

3.07 x m01/2 CF

3.74 x m01/2 CF

4.30 x m01/2 CF

4.81 x m01/2 CF

Page 30: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 31: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 32: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 33: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 34: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 35: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 36: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 37: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 38: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 39: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 40: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 41: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 42: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 43: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 44: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 45: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 46: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 47: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다
Page 48: 설계파고산정및 계산RETURN PERIOD...10.3Rayleigh곡선 이론적레이라이 곡선이파고 진폭 배 의히스토그램에잘일치함을(Rayleigh) ( 2 ) 경험적으로알수있다