KR102121833B1 - System and method for calculating frictional resistance of floating ice based on hull shape information - Google Patents

System and method for calculating frictional resistance of floating ice based on hull shape information Download PDF

Info

Publication number
KR102121833B1
KR102121833B1 KR1020180145063A KR20180145063A KR102121833B1 KR 102121833 B1 KR102121833 B1 KR 102121833B1 KR 1020180145063 A KR1020180145063 A KR 1020180145063A KR 20180145063 A KR20180145063 A KR 20180145063A KR 102121833 B1 KR102121833 B1 KR 102121833B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
linear
frictional resistance
grid
calculating
hull
Prior art date
Application number
KR1020180145063A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200059839A (en
Inventor
조성락
장진호
김철희
이승수
Original Assignee
한국해양과학기술원
충북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국해양과학기술원, 충북대학교 산학협력단 filed Critical 한국해양과학기술원
Priority to KR1020180145063A priority Critical patent/KR102121833B1/en
Publication of KR20200059839A publication Critical patent/KR20200059839A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102121833B1 publication Critical patent/KR102121833B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B71/00Designing vessels; Predicting their performance
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10Geometric CAD
    • G06F30/15Vehicle, aircraft or watercraft design
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation

Abstract

본 발명은 모형화된 선체 표면을 다수의 선형 격자로 구별하고, 각 선형 격자 별 법선 벡터값과, 각 선형 격자 별 면적 및 부력을 산출한 결과값을 토대로, 선체의 선속 증가에 따른 동유체력을 고려하여 선체 표면에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 정확히 산출할 수 있는 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템 및 산출 방법에 관한 것이다.The present invention distinguishes the modeled hull surface into a plurality of linear grids, and considers the dynamic fluid force according to the increase in the ship's ship speed, based on the normal vector values for each linear grid and the results of calculating the area and buoyancy for each linear grid. The present invention relates to a system and method for calculating frictional resistance of floating ice based on linear information capable of accurately calculating normal force and frictional resistance acting on the hull surface.

Description

선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템 및 산출 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CALCULATING FRICTIONAL RESISTANCE OF FLOATING ICE BASED ON HULL SHAPE INFORMATION}System and method for calculating frictional resistance of floating ice based on linear information{SYSTEM AND METHOD FOR CALCULATING FRICTIONAL RESISTANCE OF FLOATING ICE BASED ON HULL SHAPE INFORMATION}

본 발명은 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템 및 산출 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 모형화된 선체 표면을 다수의 선형 격자로 구별하고, 각 선형 격자 별 법선 벡터값과, 각 선형 격자 별 면적 및 부력을 산출한 결과값을 토대로, 선체의 선속 증가에 따른 동유체력을 고려하여 선체 표면에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 정확히 산출할 수 있는 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템 및 산출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for calculating frictional resistance of floating ice based on linear information and a calculation method, more specifically, to distinguish a modeled hull surface into a plurality of linear grids, normal vector values for each linear grid, and each linear grid Based on the result of calculating the area and buoyancy of each star, the frictional resistance calculation system of floating ice based on linear information that can accurately calculate the normal force and frictional resistance acting on the surface of the hull considering the dynamic fluid force according to the increase in the ship's ship speed, and It is about the calculation method.

일반적으로, 마찰저항은 기본적으로 선체에 접촉하고 있는 부유빙의 부력에 의해 선체 표면에 수직방향으로 발생하는 수직력과 마찰계수에 의해 결정된다. 그러나 도 1에 보는 바와 같이, 부유빙에 작용하는 유체력은 선속이 매우 작을 때는 정압으로 가정할 수 있으나 선속이 증가함에 따라 부가적인 동압이 고려되어야 하나, 현재의 추정방법은 이를 고려하지 않고 있다.In general, the frictional resistance is basically determined by the vertical force and friction coefficient generated in the vertical direction to the hull surface by the buoyancy of the floating ice in contact with the hull. However, as shown in FIG. 1, the fluid force acting on the floating ice can be assumed to be a static pressure when the ship's speed is very small, but additional dynamic pressure should be considered as the ship's speed increases, but the current estimation method does not take this into account. .

도 2에서 보는 바와 같이 선수각이 정의되는 경우, 선수에 작용하는 수직력 Fn은 부력과 동유체력에 의해 결정된다. 또한 접선력 Ft는 마찰계수와 수직력에 의해 Ft=μFn으로 추정할 수 있다.When the bow angle is defined as shown in FIG. 2, the vertical force F n acting on the bow is determined by the buoyancy force and the dynamic fluid force. In addition, the tangential force F t can be estimated by F t =μF n by the friction coefficient and the vertical force.

따라서 선체 진행에 반대방향으로 작용하는 저항 FH와 연직방향으로 작용하는 FV는 각각 다음과 같다.Therefore, the resistance F H acting in the opposite direction to the progress of the hull and F V acting in the vertical direction are as follows.

(1) FH=Fncosβ+Ftsinβ=Fn(cosβ+μsinβ)(1) F H =F n cosβ+F t sinβ=F n (cosβ+μsinβ)

(2) Fv=Fnsinβ-Ftcosβ=Fn(sinβ-μcosβ)(2) Fv=F n sinβ-F t cosβ=F n (sinβ-μcosβ)

식 (1)과 (2)에 의하면 마찰력은 연직력 FV를 감소시키는 역할을 함을 알 수 있다. 따라서 선속 증가에 따라 동유체력이 발생하면 수직력 Fn에 변화가 발생하고 이에 따라 부력저항은 물론 마찰저항도 변화함을 알 수 있으며, 직접적으로 저항에도 영향이 나타남을 알 수 있다.According to equations (1) and (2), it can be seen that the friction force plays a role of reducing the vertical force F V. Therefore, when the dynamic fluid force is generated according to the increase in the speed of the ship, it can be seen that the vertical force F n changes, and thus, the buoyancy resistance as well as the frictional resistance change, and the resistance directly appears.

한편, 선체 표면은 3차원 형상의 곡면으로, 선체 표면에 작용하는 부력과 마찰력을 산정하기 위해서는 선체 표면의 기하학적 정보가 필수적으로 요구된다.On the other hand, the surface of the hull is a three-dimensional curved surface, and geometric information of the hull surface is essentially required to calculate the buoyancy and frictional forces acting on the hull surface.

예컨대, 선체 표면을 도 3와 같이 다수의 부분으로 격자화하고, 각 격자에서의 부력저항 및 마찰저항을 산정하는 과정이 요구되는데, 이 과정에서 각 격자에서 표면에 수직한 법선 벡터가 요구된다.For example, a process of gridding the hull surface into a plurality of parts as shown in FIG. 3 and calculating the buoyancy resistance and frictional resistance in each grid is required. In this process, a normal vector perpendicular to the surface in each grid is required.

일반적으로, 표면에서의 수직 법선 벡터는 표면에 수직한 두 방향 중 한 방향을 도 4에서와 같이 양(+) 방향으로 정의한다. 이때, 삼각형 요소로 이산화된 선체 표면의 격자와 node는 도 4와 같이 일정한 정렬 체계를 갖지 못하는 경우가 많아 표면 법선 벡터의 방향이 일관되지 않는 문제가 발생하게 된다.In general, the vertical normal vector on the surface defines one of two directions perpendicular to the surface as a positive (+) direction as shown in FIG. 4. At this time, the lattice and the node of the hull surface discretized with triangular elements often do not have a uniform alignment system as shown in FIG. 4, resulting in a problem that the direction of the surface normal vector is inconsistent.

선속 증가에 따라 부유빙에 작용하는 동유체력이 발생할 경우, 수직력 변화, 부력저항 변화는 물론 마찰저항도 변화하는데 반해, 현재는 이러한 동유체력을 고려하지 않고 부유빙에 작용하는 유체력이 선속이 매우 작을 때의 정압으로 가정하고 있다는 점에서, 정확한 마찰저항을 평가하기에 한계가 있는 실정이다.When the dynamic fluid force acting on the floating ice is generated according to the increase in the speed of the ship, the vertical force change, the buoyancy resistance change, and the frictional resistance also change, whereas at present, the fluid force acting on the floating ice without considering the dynamic fluid force has a very high linear velocity. Since it is assumed to be a static pressure when it is small, there is a limit in evaluating accurate frictional resistance.

한국공개특허 제10-1999-0071792호Korean Patent Publication No. 10-1999-0071792

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 모형화된 선체 표면을 다수의 선형 격자로 구별하고, 각 선형 격자 별 법선 벡터값과, 각 선형 격자 별 면적 및 부력을 산출한 결과값을 토대로, 선체의 선속 증가에 따른 동유체력을 고려하여 선체 표면에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 정확히 산출할 수 있는 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 평가 방법을 제공하고자 한다.The present invention is derived to solve the above-mentioned problems, and distinguishes the modeled hull surface into a plurality of linear grids, based on the result of calculating the normal vector values for each linear grid and the area and buoyancy for each linear grid. , We intend to provide a method for evaluating frictional resistance of floating ice based on linear information that can accurately calculate the normal force and frictional resistance acting on the hull surface in consideration of the dynamic fluid force according to the increase in the ship's ship speed.

본 발명의 일 실시예에 따른 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템은 모형화 된 선체모형 데이터의 선체 표면을 이루는 하나 이상의 선형 격자에 대한 절점정보를 획득하는 절점정보 획득부, 상기 절점정보를 이용하여, 상기 하나 이상의 선형 격자 별 선형 격자 절점을 정렬 및 설정하는 격자절점 설정부, 상기 하나 이상의 선형 격자 별 법선 벡터를 산출하는 법선 벡터 산출부 및 산출된 법선 벡터를 이용하여, 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서 부력이 발생하는 선형 격자를 선별한 후, 선별된 선형 격자 별 면적에 작용하는 부력을 이용하여 상기 선체모형 데이터에 작용하는 마찰저항을 산출하는 마찰저항 산출부를 포함할 수 있다.The frictional resistance calculation system for floating ice based on linear information according to an embodiment of the present invention uses a node information obtaining unit to obtain node information for one or more linear grids constituting the hull surface of the modeled hull model data, using the node information The one or more linear grids by using the grid node setting unit for aligning and setting the linear grid nodes for each of the one or more linear grids, the normal vector calculation unit for calculating the normal vectors for the one or more linear grids, and the calculated normal vector. It may include a friction resistance calculating unit for selecting a linear grid in which buoyancy occurs, and calculating frictional resistance acting on the hull model data using buoyancy acting on the selected area of each linear grid.

일 실시예에서, 상기 절점정보 획득부는 캐드(CAD) 파일로부터 모형화 된 상기 선체모형 데이터를 불러오는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the node information acquiring unit may be characterized in that the hull model data modeled from a CAD file is loaded.

일 실시예에서, 상기 절점정보는 16진수로 구현된 상기 하나 이상의 선형 격자의 격자면(lattice plane) 및 절점(panel point)이 아스키(ASCII) 코드로 변환하여 구현된 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the node information may be characterized in that lattice planes and panel points of the one or more linear lattices implemented in hexadecimal numbers are implemented by converting to ASCII codes.

일 실시예에서, 상기 격자절점 설정부는 상기 하나 이상의 선형 격자 별 표면에 수직한 두 방향 중, 유체영역을 향하는 방향을 기준 법선 벡터 방향으로 설정하고, 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서, 제1 선형 격자와 인접하며 한 변을 공유하는 제2 선형 격자가 존재하는 경우, 상기 제2 선형 격자의 기준 법선 벡터 방향과 상기 제1 선형 격자의 기준 법선 벡터 방향이 일치되도록, 상기 제2 선형 격자의 절점을 변경하여 재정렬하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the grid node setting unit sets a direction toward a fluid region as a reference normal vector direction among two directions perpendicular to a surface of the one or more linear grids, and among the one or more linear grids, a first linear grid and If there is a second linear lattice that is adjacent and shares one side, the node of the second linear lattice is changed so that the reference normal vector direction of the second linear lattice matches the reference normal vector direction of the first linear lattice. It can be characterized by rearranging.

일 실시예에서, 상기 마찰저항 산출부는 전산유체해석(CFD) 기법을 통해 추정된 상기 선체 표면의 동압분포를 이용하여 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서 부력이 발생하는 하나 이상의 선형 격자를 선별하고, 선별된 하나 이상의 선형 격자 별 면적 및 부력을 산출하며, 산출된 면적값 및 부력값을 이용하여 상기 선체모형 데이터에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 산출할 수 있다.In one embodiment, the frictional resistance calculator selects one or more linear lattices that generate buoyancy among the one or more linear lattices using the dynamic pressure distribution of the hull surface estimated through computational fluid analysis (CFD) technique, and selects The area and buoyancy for each of the one or more linear grids are calculated, and normal force and frictional resistance acting on the hull model data may be calculated using the calculated area and buoyancy values.

본 발명의 다른 실시예에 따른 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 방법은 모형화 된 선체모형 데이터의 선체 표면을 이루는 하나 이상의 선형 격자에 대한 절점정보를 획득하는 단계, 상기 절점정보를 이용하여 상기 하나 이상의 선형 격자 별 선형 격자 절점을 재정렬 및 설정하는 단계, 상기 하나 이상의 선형 격자 별 법선 벡터를 산출하는 단계 및 산출된 법선 벡터를 이용하여, 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서 부력이 발생하는 선형 격자를 선별한 후, 선별된 선형 격자 별 면적에 작용하는 부력을 이용하여 상기 선체모형 데이터에 작용하는 마찰저항을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.A method of calculating frictional resistance of floating ice based on linear information according to another embodiment of the present invention comprises obtaining node information for one or more linear grids constituting the hull surface of the modeled hull model data, and using the node information Reordering and setting the linear grid nodes for each of the linear grids, calculating the normal vectors for the one or more linear grids, and using the calculated normal vectors, selecting a linear grid generating buoyancy among the one or more linear grids Then, using the buoyancy acting on the selected area of each linear grid may include calculating the frictional resistance acting on the hull model data.

일 실시예에서, 상기 하나 이상의 선형 격자에 대한 절점정보를 획득하는 단계는 캐드(CAD) 파일로부터 모형화 된 상기 선체모형 데이터를 불러오는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, acquiring node information for the one or more linear grids may include loading the modeled hull model data from a CAD file.

일 실시예에서, 상기 절점정보는 16진수로 구현된 상기 하나 이상의 선형 격자의 격자면(lattice plane) 및 절점(panel point)이 아스키(ASCII) 코드로 변환하여 구현된 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the node information may be characterized in that lattice planes and panel points of the one or more linear lattices implemented in hexadecimal numbers are implemented by converting to ASCII codes.

일 실시예에서, 상기 하나 이상의 선형 격자 별 표면에 수직한 법선 벡터를 정렬 및 설정하는 단계는 상기 하나 이상의 선형 격자 별 표면에 수직한 두 방향 중, 유체영역을 향하는 방향을 기준 법선 벡터 방향으로 설정하는 단계 및 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서, 제1 선형 격자와 인접하며 한 변을 공유하는 제2 선형 격자가 존재하는 경우, 상기 제2 선형 격자의 기준 법선 벡터 방향과 상기 제1 선형 격자의 기준 법선 벡터 방향이 일치되도록, 상기 제2 선형 격자의 절점을 변경하여 재정렬하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the step of aligning and setting a normal vector perpendicular to the surface of the one or more linear grids may set a direction toward a fluid region as a reference normal vector direction among two directions perpendicular to the surface of the one or more linear grids. And a second linear lattice adjacent to the first linear lattice and sharing one side among the one or more linear lattices, a reference normal vector direction of the second linear lattice and a reference normal of the first linear lattice And reordering the nodes of the second linear grid to match the vector directions.

일 실시예에서, 상기 선체모형 데이터에 작용하는 마찰저항을 산출하는 단계는 전산유체해석(CFD) 기법을 통해 추정된 상기 선체 표면의 동압분포를 이용하여 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서 부력이 발생하는 하나 이상의 선형 격자를 선별하는 단계, 선별된 하나 이상의 선형 격자 별 면적 및 부력을 산출하는 단계 및 산출된 면적값 및 부력값을 이용하여, 상기 선체모형 데이터에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of calculating the frictional resistance acting on the hull model data is one in which buoyancy is generated among the one or more linear grids using the dynamic pressure distribution of the hull surface estimated through CFD technique. Selecting the linear gratings above, calculating the area and buoyancy for each of the selected one or more linear gratings, and calculating the normal force and frictional resistance acting on the hull model data using the calculated area values and buoyancy values. It may include.

본 발명의 일 측면에 따르면, 인접한 선체 격자의 인접성을 고려하여 일관된 법선 벡터를 산출할 수 있으므로, 선체의 선속 증가에 따른 동유체력을 고려하여 선체 표면에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 정확히 산출할 수 있는 이점을 가진다.According to an aspect of the present invention, since it is possible to calculate a constant normal vector in consideration of the adjacency of adjacent hull lattices, the normal force and frictional resistance acting on the surface of the hull are accurately calculated in consideration of the dynamic fluid force according to the increase in the speed of the hull. It has the advantage of being able to.

도 1은 선체 표면에 수직방향으로 발생하는 부유빙의 부력에 의한 수직력 및 마찰계수를 도시한 도면이다.
도 2는 선체 표면의 선수각과 작용력을 도시한 도면이다.
도 3은 곡면으로 표현된 선체 표면의 선체 격자에 대한 수직단위벡터를 표시한 도면이다.
도 4는 캐드 파일 상에서의 선형 격자의 절점이 향하는 방향과 일관되지 않은 법선 벡터의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 모형화된 선체모형 데이터의 선체 표면에 발생되는 유체 역학적 압력값을 도시한 도면이다.
도 7은 선형 격자의 절점 및 절점이 향하는 방향과, 캐드 파일 상에서의 선형 격자의 절점이 향하는 방향을 도시한 도면이다.
도 8은 선형 격자의 인접 변을 이용하여 절점을 재정렬하기 위한 테이블과, 이러한 테이블을 이용하여 선형 격자의 절점을 재정렬하는 과정을 도시한 도면이다.
도 9는 선체 표면에서의 법선 벡터가 정렬된 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 선형 격자에서의 법선 벡터를 산출하는 과정을 도시한 도면이다.
도 11은 도 5에 도시된 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템(100)을 통해 부유빙의 마찰저항을 산출하는 과정을 일련의 순서대로 도시한 도면이다.
1 is a view showing the vertical force and friction coefficient due to the buoyancy of the floating ice generated in the vertical direction on the surface of the hull.
2 is a view showing the bow angle and the action force of the hull surface.
3 is a view showing a vertical unit vector for the hull grid of the hull surface represented by the curved surface.
4 is a diagram showing an example of a normal vector that is inconsistent with the direction in which the nodes of the linear lattice on the CAD file are directed.
5 is a view showing the configuration of the frictional resistance calculation system 100 of floating ice based on linear information according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing the hydrodynamic pressure values generated on the hull surface of the modeled hull model data.
FIG. 7 is a view showing nodes and directions in which the nodes of the linear grating are directed and directions in which the nodes of the linear grating are directed on the CAD file.
8 is a diagram illustrating a table for rearranging nodes using adjacent sides of a linear grid and a process of rearranging nodes of the linear grid using these tables.
9 is a view showing a state in which the normal vectors are aligned on the surface of the hull.
10 is a view showing a process of calculating a normal vector in a linear grid.
11 is a view showing a process of calculating the frictional resistance of the floating ice through the system for calculating the frictional resistance of the floating ice based on the linear information shown in FIG. 5 in a sequence.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments are provided to help understanding of the present invention. However, the following examples are only provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the examples.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 모형화된 선체모형 데이터의 선체 표면에 발생되는 유체 역학적 압력값을 도시한 도면이며, 도 11은 도 5에 도시된 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템(100)을 통해 부유빙의 마찰저항을 산출하는 과정을 일련의 순서대로 도시한 도면이다.5 is a view showing the configuration of the frictional resistance calculation system 100 of floating ice based on linear information according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a hydrodynamic pressure value generated on the hull surface of modeled hull model data FIG. 11 is a view showing a process of calculating the frictional resistance of the floating ice through a system for calculating the frictional resistance of the floating ice based on the linear information shown in FIG. 5 in a sequence.

도 5, 도 6 및 도 11을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템(100)은 크게 절점정보 획득부(110), 격자절점 설정부(120), 법선 벡터 산출부(130) 및 마찰저항 산출부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.5, 6 and 11, the frictional resistance calculation system 100 of floating ice based on linear information according to an embodiment of the present invention is largely obtained from the node information acquisition unit 110, the grid node setting unit 120, It may be configured to include a normal vector calculation unit 130 and the friction resistance calculation unit 140.

여기에서, 각 부는 유형화 된 물리적 구성이 아닌, 각각의 기능을 구현하기 위한 무형화 된 소프트웨어적 구성을 의미할 수 있으며, 본 발명에서의 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템(100)은 컴퓨터 장치 상에 실행 가능한 소프트웨어 혹은 프로그램 형태로 구현될 수 있다.Here, each part may refer to an intangible software configuration for implementing each function, not a typed physical configuration, and the frictional resistance calculation system 100 for floating ice based on linear information in the present invention is a computer. It may be implemented in the form of software or programs executable on the device.

먼저, 본원발명을 설명하기 앞서, 부유빙의 운동과 선체 주위 유동의 상관성을 살펴보기로 한다.First, before explaining the present invention, the relationship between the motion of floating ice and the flow around the hull will be examined.

도 6을 살펴보면, 기본적인 개념은 선수부를 지난 부유빙의 움직임이 선체 주위의 유동과 상관도가 있다고 가정하는 것이다. 즉 부유빙이 선저로 이동하며 선체와 접촉을 하며 부력에 의한 저항과 마찰을 발생시키는 영역이 선체 주위 유동에 의해 발생되는 동압의 분포에 영향을 받는다는 것이다. 실제 이동중인 선체 주위의 동압 분포는 도 6에 보는 바와 같이 선수부에서는 정압으로 선체로 향하는 방향으로 동유체력이 작용하며 선수를 지나서는 동압이 낮아지게 된다.Referring to Figure 6, the basic concept is to assume that the motion of floating ice past the bow is correlated with the flow around the hull. That is, the floating ice moves to the bottom of the ship, makes contact with the hull, and the area that generates resistance and friction by buoyancy is affected by the distribution of dynamic pressure generated by the flow around the hull. As shown in FIG. 6, the dynamic pressure distribution around the moving hull is actually applied to the hull by the static pressure, and the dynamic fluid force acts in the direction toward the hull, and the dynamic pressure decreases past the bow.

한편, 이러한 선체 주위 유동을 해석하고 이를 통해 선체에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 산출하기 위하여 본원발명에서는 전산유체해석(CFD) 기법을 이용하게 되는데, 이는 다시 살펴보기로 한다.On the other hand, in order to analyze the flow around the hull and calculate the normal force and frictional resistance acting on the hull through this, the computational fluid analysis (CFD) technique is used in the present invention, which will be described again.

다시 도 5로 돌아와서, 절점정보 획득부(110)는 모형화 된 선체모형 데이터의 선체 표면을 이루는 하나 이상의 선형 격자에 대한 절점정보를 획득하는 역할을 한다.Returning to FIG. 5 again, the node information acquisition unit 110 serves to acquire node information for one or more linear grids forming the hull surface of the modeled hull model data.

이때, 절점정보 획득부(110)는 캐드(CAD) 파일이 저장된 별도의 데이터베이스(3D CAD File database)로부터 선체모형 데이터가 모형화 및 저장된 캐드 파일을 불러오게 되며, 불러온 선체모형 데이터로부터 절점정보를 획득하게 된다. 이때, 선체모형 데이터를 앞서 살펴본 도 3과 같은 데이터가 될 수 있다.At this time, the node information acquisition unit 110 loads the CAD file modeled and stored in the hull model data from a separate database (3D CAD File database) in which the CAD file is stored, and receives the node information from the imported hull model data. To acquire. In this case, the hull model data may be data as shown in FIG. 3.

여기에서, 절점정보라 함은 16진수로 구현된 하나 이상의 선형 격자의 격자면(lattice plane) 정보 및 절점(panel point) 정보가 아스키(ASCII) 코드로 변환하여 구현한 파일 형식을 의미할 수 있는데, 선체 표면의 격자면 정보와 절점 정보의 예시는 하기 [표 1](선체 표면의 격자면 정보 예시) 및 [표 2](선체 표면의 절점 정보 예시)와 같다.Here, the node information may mean a file format implemented by converting lattice plane information and panel point information of one or more linear lattices implemented in hexadecimal numbers into ASCII codes. , Examples of grid surface information and node information on the hull surface are shown in [Table 1] (examples of grid surface information on the hull surface) and [Table 2] (examples of node information on the hull surface).

3 2ea 298 2e9 0 0
3 83 2ea 2e9 0 0
3 2e8 83 2e9 0 0
3 2eb 83 2e8 0 0
3 d5 83 2eb 0 0
3 2e7 2eb 2e8 0 0
3 299 c 1 0 0
3 2ee d5 2eb 0 0
3 2ea 298 2e9 0 0
3 83 2ea 2e9 0 0
3 2e8 83 2e9 0 0
3 2eb 83 2e8 0 0
3 d5 83 2eb 0 0
3 2e7 2eb 2e8 0 0
3 299 c 1 0 0
3 2ee d5 2eb 0 0

1.2254999250e+000 1.9927295404e-002 0.0000000000e+000
1.1287499500e+000 2.0000000000e-002 1.1736475000e-002
1.2013124313e+000 1.9945471553e-002 2.9341187500e-003
1.1771249375e+000 1.9963647702e-002 5.8682375000e-003
1.1529374438e+000 1.9981823851e-002 8.8023562500e-003
1.1272287400e+000 1.9935816296e-002 0.0000000000e+000
1.1517965362e+000 1.9933686073e-002 0.0000000000e+000
1.1763643325e+000 1.9931555850e-002 0.0000000000e+000
1.2009321287e+000 1.9929425627e-002 0.0000000000e+000
1.1279893450e+000 1.9967908148e-002 5.8682375000e-003
1.1272287500e+000 0.0000000000e+000 0.0000000000e+000
1.2254999250e+000 0.0000000000e+000 0.0000000000e+000
1.1517965438e+000 0.0000000000e+000 0.0000000000e+000
1.2254999250e+000 1.9927295404e-002 0.0000000000e+000
1.1287499500e+000 2.0000000000e-002 1.1736475000e-002
1.2013124313e+000 1.9945471553e-002 2.9341187500e-003
1.1771249375e+000 1.9963647702e-002 5.8682375000e-003
1.1529374438e+000 1.9981823851e-002 8.8023562500e-003
1.1272287400e+000 1.9935816296e-002 0.0000000000e+000
1.1517965362e+000 1.9933686073e-002 0.0000000000e+000
1.1763643325e+000 1.9931555850e-002 0.0000000000e+000
1.2009321287e+000 1.9929425627e-002 0.0000000000e+000
1.1279893450e+000 1.9967908148e-002 5.8682375000e-003
1.1272287500e+000 0.0000000000e+000 0.0000000000e+000
1.2254999250e+000 0.0000000000e+000 0.0000000000e+000
1.1517965438e+000 0.0000000000e+000 0.0000000000e+000

격자절점 설정부(120)에서는 상기의 절점정보를 이용하여 하나 이상의 선형 격자 별 격자 절점을 재정렬 및 설정한다.The grid node setting unit 120 rearranges and sets one or more grid nodes for each linear grid using the node information.

보다 구체적으로, 격자절점 설정부(120)에서는 하나 이상의 선형 격자 별 표면에 수직한 두 방향 중, 유체영역을 향하는 방향을 기준 법선 벡터 방향으로 설정하게 된다.More specifically, the grid node setting unit 120 sets a direction toward the fluid region as a reference normal vector direction among two directions perpendicular to a surface of at least one linear grid.

예컨대, 선형 격자의 표면에서의 법선 벡터는 표면에 수직한 두 방향 중 한 방향을 양(+)의 방향으로 설정하게 되는데, 본원발명에서는 유체영역을 향하는 방향을 양(+)의 방향으로 설정하게 된다.For example, the normal vector on the surface of the linear grating sets one direction of two directions perpendicular to the surface in a positive direction. In the present invention, the direction toward the fluid region is set in a positive direction. do.

이를 위해서는 삼각형 요소로 이산화 된 각 선형 격자의 절점이 유체영역에서 바라보았을 때 반시계방향(CCW)으로 정렬되어야 하는데, 캐드 파일 상에서는 선형 격자와 절점이 일정한 정렬 체계를 갖지 못하기 때문에 격자절점 설정부(120)에서는 격자 절점을 재정렬하게 된다. 이에 관해서는 도 7 및 도 8을 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.To do this, the nodes of each linear grid discretized with triangular elements must be aligned counterclockwise (CCW) when viewed from the fluid domain. Since the grid and the nodes do not have a uniform alignment system on the CAD file, the grid node setting section At 120, the grid nodes are rearranged. This will be described in more detail with reference to FIGS. 7 and 8.

도 7은 선형 격자의 절점 및 절점이 향하는 방향과, 캐드 파일 상에서의 선형 격자의 절점이 향하는 방향을 도시한 도면이고, 도 8은 선형 격자의 인접 변을 이용하여 절점을 재정렬하기 위한 테이블과, 이러한 테이블을 이용하여 선형 격자의 절점을 재정렬하는 과정을 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram showing nodes and directions in which the nodes of the linear grid are directed, and directions in which the nodes of the linear grid are directed on the CAD file, and FIG. 8 is a table for rearranging nodes using adjacent sides of the linear grid, A diagram showing a process of rearranging nodes of a linear grid using such a table.

먼저 도 7(a)를 살펴보면, 삼각형 요소로 이산화 된 선형 격자에서의 절점은 유체영역에서 보았을 때 반시계방향(CCW)을 향하는 방향으로 정렬된다. 도 7(a)에서 1, 2, 3은 선형 격자의 절점을 의미하고, <1>, <2>, <3>은 선형 격자를 구성하는 변을 의미한다.Referring first to Fig. 7(a), nodes in a linear lattice discretized with triangular elements are aligned in a direction toward the counterclockwise direction (CCW) when viewed from the fluid region. In FIG. 7(a), 1, 2, and 3 denote nodes of a linear lattice, and <1>, <2>, and <3> denote sides constituting a linear lattice.

도 7(a)에서는 현재 유체영역이 선형 격자의 상부에 위치함에 따라, 상측방향이 선형 격자의 수직 법선 벡터가 향하는 방향이 된다.In FIG. 7(a), as the current fluid region is positioned on the top of the linear grid, the upward direction is the direction that the vertical normal vector of the linear grid faces.

하지만, 도 7(b)와 같이 캐드 파일에 의한 선형 격자와 절점은 일정한 정렬체계를 갖지 못하고 인접한 선형 격자에서는 수직 법선 벡터가 향하는 방향이 반대가 된다.However, as shown in Fig. 7(b), the linear lattice and nodes by the CAD file do not have a constant alignment system, and in the adjacent linear lattice, the direction of the vertical normal vector is reversed.

예컨대, 도 7(a)에서의 선형 격자에서 절점 1, 2, 3이 이루는 변이 각각 (1, 2), (2, 3), (3, 1)로 나타나지지만, 도 7(b)에서의 선형 격자에서는 (1, 2), (2, 3), (3, 1)이 서로 뒤집힌 (2, 1), (1, 3), (3, 2)가 된다.For example, in the linear lattice in FIG. 7(a), the transitions of nodes 1, 2, and 3 appear as (1, 2), (2, 3), and (3, 1), respectively, but in FIG. 7(b) In a linear grid, (1, 2), (2, 3), and (3, 1) become (2, 1), (1, 3), and (3, 2) inverted.

따라서, 이러한 절점의 위치를 변경하여 서로 인접한 선형 격자의 수직 법선 벡터 방향을 일치시킬 필요가 있다.Therefore, it is necessary to change the position of these nodes to match the vertical normal vector directions of linear grids adjacent to each other.

도 8을 살펴보면, 본원발명의 격자절점 설정부(120)에서는 한 변(예컨대, 도 7에서의 절점 1, 2가 이루는 변 <1>)을 이용하여 절점을 재정렬하게 된다.Referring to FIG. 8, the grid node setting unit 120 of the present invention rearranges nodes using one side (for example, a side <1> formed by nodes 1 and 2 in FIG. 7 ).

보다 구체적으로, 도 7(a)에 도시된 선형 격자를 제1 선형 격자라 가정하고 도 7(b)에 도시된 선형 격자를 제2 선형 격자라 가정할 경우, 변 <1>을 이루는 절점 1, 2를 제1 및 제2 선형 격자가 공유하게 된다.More specifically, when the linear grating shown in FIG. 7(a) is assumed to be the first linear grating and the linear grating shown in FIG. 7(b) is assumed to be the second linear grating, node 1 forming a side <1> , 2 is shared by the first and second linear grids.

따라서, 격자절점 설정부(120)에서는 제1 선형 격자의 각 절점의 위치인 (1, 2), (2, 3), (3, 1)에 대해 테이블과 같이 절점의 위치를 변경하게 된다.Therefore, the grid node setting unit 120 changes the position of the node as shown in the table for (1, 2), (2, 3), and (3, 1), which are the positions of each node of the first linear grid.

도 8(a)에서 기준 격자는 제1 선형 격자(도 7(a)의 선형 격자)를 의미하고, 인접 격자는 제2 선형 격자(도 7(b)의 선형 격자)를 의미하게 된다.In FIG. 8(a), the reference grid refers to the first linear grid (the linear grid in FIG. 7(a)), and the adjacent grid refers to the second linear grid (the linear grid in FIG. 7(b)).

제1 선형 격자의 절점이 1, 2인 경우 절점 방향은 반시계방향(CCW)이 되지만, 제2 선형 격자의 경우에는 절점 방향은 시계방향(CW)이 되기 때문에, 격자절점 설정부(120)에서는 절점 2, 3의 위치를 서로 변경하게 된다.If the nodes of the first linear grid are 1 and 2, the node direction is counterclockwise (CCW), but in the case of the second linear grid, the node direction is clockwise (CW), so the grid node setting unit 120 In, the positions of nodes 2 and 3 are changed.

또한, 절점 2, 3에서의 절점 방향은 시계방향(CW)이 되기 때문에, 격자절점 설정부(120)에서는 절점 1, 3의 위치를 서로 변경하게 된다.In addition, since the node directions in the nodes 2 and 3 are clockwise (CW), the positions of the nodes 1 and 3 are changed in the grid node setting unit 120.

또한, 절점 3, 1에서의 절점 방향은 시계방향(CW)이 되기 때문에, 격자절점 설정부(120)에서는 절점 1, 2의 위치를 서로 변경하게 된다.In addition, since the node direction at the nodes 3 and 1 is clockwise (CW), the positions of the nodes 1 and 2 are changed in the grid node setting unit 120.

이에 따라, 도 8(b)와 같이 제1 선형 격자와 인접한 제2 선형 격자의 수직 법선 벡터의 방향이 모두 상측 방향으로 일정하게 정렬되게 된다.Accordingly, as shown in FIG. 8(b), the directions of the vertical normal vectors of the second linear grid adjacent to the first linear grid are all aligned in an upward direction.

이러한 격자절점 설정부(130)의 절점 재정렬 과정을 통해, 도 8과 같이 선체 표면에서의 법선 벡터가 정렬될 수 있다.Through the node rearrangement process of the grid node setting unit 130, a normal vector on the hull surface may be aligned as illustrated in FIG. 8.

다시 도 5로 돌아와서, 법선 벡터 산출부(130)는 선형 격자의 두 변(예컨대, 도 7(a)에서의 변 <1>, <3>)으로 이루어진 벡터의 벡터곱(Cross Product)을 이용하게 법선 벡터 Vn를 산출하게 된다. 이에 관해서는 도 10을 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.Returning to FIG. 5 again, the normal vector calculation unit 130 uses a vector product of vectors consisting of two sides of the linear grid (eg, sides <1> and <3> in FIG. 7(a)). Thus, the normal vector V n is calculated. This will be described in more detail with reference to FIG. 10.

도 10은 선형 격자에서의 법선 벡터를 산출하는 과정을 도시한 도면이다.10 is a view showing a process of calculating a normal vector in a linear grid.

도 10을 살펴보면, 법선 벡터 산출부(130)에서 산출되는 법선 벡터 Vn은 하기와 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 10, the normal vector V n calculated by the normal vector calculating unit 130 may be represented as follows.

Figure 112018116505865-pat00001
Figure 112018116505865-pat00001

또한, 단위 법선 벡터 n은 하기와 같이 나타낼 수 있다.In addition, the unit normal vector n can be expressed as follows.

Figure 112018116505865-pat00002
Figure 112018116505865-pat00002

다시 도 5로 돌아와서, 마찰저항 산출부(140)는 산출된 법선 벡터를 이용하여 하나 이상의 선형 격자 중에서 부력이 발생하는 선형 격자를 선별한 후, 선별된 선형 격자 별 면적에 작용하는 부력을 이용하여 선체모형 데이터에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 산출하게 된다.Returning to FIG. 5 again, the frictional resistance calculator 140 selects a linear grid in which buoyancy occurs among one or more linear grids using the calculated normal vector, and then uses buoyancy acting on the selected area of each linear grid. The normal force and frictional resistance acting on the hull model data are calculated.

이를 위하여, 마찰저항 산출부(140)는 전산유체해석(Computational Fluid Dynamics; CFD) 기법을 통해 추정된 선체표면의 동압분포를 이용하여 하나 이상의 선형 격자 중에서 부력이 발생하는 하나 이상의 선형 격자를 선별하게 된다. 일 실시예에서, 마찰저항 산출부(140)는 선체 표면의 동압분포를 얻기 위하여 선체 주변의 3차원 점성유동해석을 비압축성, 정상유동에 대한 연속방정식, 운동량방정식에 기반하여 전산유체해석 기법을 이용하게 되는데, 이에 대한 수학식은 하기와 같다.To this end, the frictional resistance calculator 140 selects one or more linear lattices generating buoyancy from one or more linear lattices using the dynamic pressure distribution of the hull surface estimated through Computational Fluid Dynamics (CFD) technique. do. In one embodiment, the frictional resistance calculator 140 uses a computational fluid analysis technique based on the incompressibility, continuous equation for steady flow, and momentum equation to obtain a dynamic distribution of pressure on the surface of the hull. The equation for this is as follows.

Figure 112018116505865-pat00003
Figure 112018116505865-pat00003

또한, 마찰저항 산출부(140)에서는 전산유체해석에서 여러 가지 난류유동에 대하여 일반적으로 가장 광범위하게 사용되고 있는 standard k-

Figure 112018116505865-pat00004
난류 모델이 적용된 난류 운동에너지 k 방정식이 적용된다. standard k-
Figure 112018116505865-pat00005
난류모델은 난류 운동 에너지 k 및 난류 운동 에너지 소실률
Figure 112018116505865-pat00006
을 기본으로 하여 난류량을 예측하는 반경험(semi-empirical)모델이다. 이러한 난류 운동에너지 k 방정식은 운동량 방정식에서 유도할 수 있는 반면에 난류운동에너지 소실률
Figure 112018116505865-pat00007
방정식은 물리적 타당성 및 수학적 개념의 유사성을 이용하여 얻어진 방정식이다. 이에 대한 수학식은 다음과 같다.In addition, the friction resistance calculating unit 140 is the most widely used standard k- for various turbulent flows in computational fluid analysis.
Figure 112018116505865-pat00004
The turbulent kinetic energy k equation with the turbulence model is applied. standard k-
Figure 112018116505865-pat00005
In the turbulence model, turbulent kinetic energy k and turbulent kinetic energy loss rate
Figure 112018116505865-pat00006
It is a semi-empirical model that predicts turbulent flows based on. The turbulent kinetic energy k equation can be derived from the momentum equation, while the turbulent kinetic energy loss rate
Figure 112018116505865-pat00007
The equation is an equation obtained using physical validity and similarity of mathematical concepts. The equation for this is as follows.

Figure 112018116505865-pat00008
Figure 112018116505865-pat00008

부력이 발생한 선형 격자를 선별한 후, 마찰저항 산출부(140)에서는 선별된 격자의 면적을 'A'라고 할 경우, 각 선형 격자에 작용하는 부력FB를 산출하게 되는데, 이는 다음과 같다.After selecting the linear grid where buoyancy occurs, the frictional resistance calculator 140 calculates the buoyancy F B acting on each linear grid when the area of the selected grid is'A'.

Figure 112018116505865-pat00009
Figure 112018116505865-pat00009

여기에서, ρw는 해수의 밀도이고, ρi는 얼음의 밀도이며, h는 얼음의 두께이고, g는 중력가속도이다. 또한, 부력FB는 연직방향의 벡터이며, 선체 운동에 의한 위치에너지의 변화에 따르는 저항과 마찰저항을 발생시키는 역할을 한다. 위치에너지의 변화에 따르는 저항을 RB라 하면 다음과 같은 수학식이 적용된다.Here, ρ w is the density of seawater, ρ i is the density of ice, h is the thickness of ice, and g is the gravitational acceleration. In addition, the buoyancy F B is a vector in the vertical direction, and plays a role of generating resistance and frictional resistance according to changes in potential energy due to hull motion. If the resistance due to the change in potential energy is R B , the following equation is applied.

Figure 112018116505865-pat00010
Figure 112018116505865-pat00010

여기에서, z는 부유빙의 무게중심의 수심이고, l은 선체의 선수와 부유빙 무게중심의 수평거리를 의미한다.Here, z is the depth of the center of gravity of the floating ice, and l is the horizontal distance between the hull's bow and the center of gravity of the floating ice.

다음으로, 상기의 수학식을 통해 각 선형 격자에 작용하는 부력FB이 산출될 경우, 마찰저항 산출부(140)에서는 하기의 수학식을 통해 선체 표면에 작용하는 법선력Fn 및 마찰저항Ff을 산출하게 되는데, 이는 다음과 같다.Next, when the buoyancy F B acting on each linear lattice is calculated through the above equation, the frictional resistance calculating unit 140 applies normal force F n and frictional resistance F acting on the hull surface through the following equation. f is calculated as follows.

Figure 112018116505865-pat00011
Figure 112018116505865-pat00011

여기에서, ρ는 동압력이고, μ는 마찰계수이다. 또한, 법선력이라 함은 선형 격자에서 수직 단위 벡터의 반대 방향으로 작용하는 힘을 의미하며, 부력과 동압의 합력에 의해 결정될 수 있다.Where ρ is the dynamic pressure and μ is the friction coefficient. In addition, the normal force means a force acting in the opposite direction of the vertical unit vector in the linear grid, and may be determined by the combined force of buoyancy and dynamic pressure.

다음으로는, 도 11을 통해 선형정보에 기반하여 부유빙의 마찰저항을 산출하는 과정을 순서대로 살펴보기로 한다.Next, the process of calculating the frictional resistance of the floating ice based on the linear information through FIG. 11 will be described in order.

도 11은 도 5에 도시된 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템(100)을 통해 부유빙의 마찰저항을 산출하는 과정을 일련의 순서대로 도시한 도면이다.11 is a view showing a process of calculating the frictional resistance of the floating ice through the system for calculating the frictional resistance of the floating ice based on the linear information shown in FIG. 5 in a sequence.

도 11을 살펴보면, 먼저 모형화 된 선체모형 데이터의 선체 표면을 이루는 하나 이상의 선형 격자에 대한 절점정보를 획득하고(S101), 절점정보를 이용하여 각 선형 격자 별 격자 절점의 위치를 변경함으로써 재정렬 및 설정하게 된다(S102).Referring to FIG. 11, first, the node information for one or more linear grids constituting the hull surface of the modeled hull model data is obtained (S101), and the node information is used to reorder and set the grid node position for each linear grid. It is done (S102).

그 다음, 각 선형 격자 별 법선 벡터를 산출한 후(S103), 산출된 법선 벡터를 이용하여 부력이 발생하는 선형 격자를 선별한다(S104). 그 다음, 선별된 선형 격자 별 면적에 작용하는 부력을 산출한 후(S105), 선체 표면에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 산출하게 된다(S106).Then, after calculating the normal vector for each linear grid (S103), a linear grid generating buoyancy is selected using the calculated normal vector (S104). Then, after calculating the buoyancy acting on the area of each selected linear grid (S105), the normal force and frictional resistance acting on the hull surface are calculated (S106).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art may variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can.

100: 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템
110: 절점정보 획득부
120: 격자절점 설정부
130: 법선 벡터 산출부
140: 마찰저항 산출부
100: system for calculating frictional resistance of floating ice based on linear information
110: node information acquisition unit
120: grid node setting unit
130: normal vector calculator
140: friction resistance calculator

Claims (10)

모형화 된 선체모형 데이터의 선체 표면을 이루는 하나 이상의 선형 격자에 대한 절점정보를 획득하는 절점정보 획득부;
상기 절점정보를 이용하여, 상기 하나 이상의 선형 격자 별 표면에 수직한 두 방향 중, 유체영역을 향하는 방향을 기준 법선 벡터 방향으로 설정하고, 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서 제1 선형 격자와 인접하며 한 변을 공유하는 제2 선형 격자가 존재하는 경우, 상기 제2 선형 격자의 기준 법선 벡터 방향과 상기 제1 선형 격자의 기준 법선 벡터 방향이 일치되도록, 상기 제1 및 제2 선형 격자가 서로 공유하는 한 변을 기준으로 상기 제2 선형 격자의 절점의 위치를 서로 변경시킴으로써 재정렬하는 격자절점 설정부;
상기 하나 이상의 선형 격자 별 법선 벡터를 산출하는 법선 벡터 산출부; 및
산출된 법선 벡터를 이용하여, 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서 부력이 발생하는 선형 격자를 선별한 후, 선별된 선형 격자 별 면적에 작용하는 부력을 이용하여 상기 선체모형 데이터에 작용하는 마찰저항을 산출하는 마찰저항 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템.
A node information acquiring unit that acquires node information for one or more linear grids constituting the hull surface of the modeled hull model data;
Using the node information, among two directions perpendicular to the surface of the one or more linear grids, a direction toward the fluid region is set as a reference normal vector direction, and among the one or more linear grids, one side adjacent to the first linear grid If there is a second linear grid that shares, the first and second linear grids share each other so that the reference normal vector direction of the second linear grid coincides with the reference normal vector direction of the first linear grid. A grid node setting unit for reordering by changing positions of nodes of the second linear grid based on sides;
A normal vector calculating unit for calculating the normal vectors for the one or more linear grids; And
Using the calculated normal vector, after selecting a linear lattice generating buoyancy among the one or more linear lattices, calculating frictional resistance acting on the hull model data using buoyancy acting on the area of each selected linear lattice. Friction resistance calculation unit, characterized in that it comprises, the frictional resistance calculation system of floating ice based on linear information.
제1항에 있어서,
상기 절점정보 획득부는,
캐드(CAD) 파일로부터 모형화 된 상기 선체모형 데이터를 불러오는 것을 특징으로 하는, 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템.
According to claim 1,
The node information acquisition unit,
A system for calculating frictional resistance of floating ice based on linear information, characterized in that the hull model data modeled from a CAD file is loaded.
제1항에 있어서,
상기 절점정보는,
16진수로 구현된 상기 하나 이상의 선형 격자의 격자면(lattice plane) 및 절점(panel point)이 아스키(ASCII) 코드로 변환하여 구현된 것을 특징으로 하는, 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템.
According to claim 1,
The node information,
A system for calculating the frictional resistance of floating ice based on linear information, characterized in that the lattice planes and panel points of the at least one linear grid implemented in hexadecimal are converted to ASCII codes.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 마찰저항 산출부는,
전산유체해석(CFD) 기법을 통해 추정된 상기 선체 표면의 동압분포를 이용하여 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서 부력이 발생하는 하나 이상의 선형 격자를 선별하고, 선별된 하나 이상의 선형 격자 별 면적 및 부력을 산출하며, 산출된 면적값 및 부력값을 이용하여 상기 선체모형 데이터에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 산출하는 것을 특징으로 하는, 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 시스템.
According to claim 1,
The friction resistance calculation unit,
Using the dynamic pressure distribution of the hull surface estimated through computational fluid analysis (CFD), one or more linear lattices generating buoyancy are selected from the one or more linear lattices, and area and buoyancy for each selected one or more linear lattices are calculated. And, using the calculated area value and buoyancy value, characterized in that to calculate the normal force and frictional resistance acting on the hull model data, frictional resistance calculation system of floating ice based on linear information.
절점정보 획득부를 통해, 모형화 된 선체모형 데이터의 선체 표면을 이루는 하나 이상의 선형 격자에 대한 절점정보를 획득하는 단계;
격자절점 설정부를 통해, 상기 절점정보를 이용하여 상기 하나 이상의 선형 격자 별 표면에 수직한 두 방향 중, 유체영역을 향하는 방향을 기준 법선 벡터 방향으로 설정하고, 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서 제1 선형 격자와 인접하며 한 변을 공유하는 제2 선형 격자가 존재하는 경우, 상기 제2 선형 격자의 기준 법선 벡터 방향과 상기 제1 선형 격자의 기준 법선 벡터 방향이 일치되도록, 상기 제1 및 제2 선형 격자가 서로 공유하는 한 변을 기준으로 상기 제2 선형 격자의 절점의 위치를 서로 변경시킴으로써 재정렬하는 단계;
법선 벡터 산출부를 통해, 상기 하나 이상의 선형 격자 별 법선 벡터를 산출하는 단계; 및
마찰저항 산출부를 통해, 산출된 법선 벡터를 이용하여 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서 부력이 발생하는 선형 격자를 선별한 후, 선별된 선형 격자 별 면적에 작용하는 부력을 이용하여 상기 선체모형 데이터에 작용하는 마찰저항을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 방법.
Obtaining node information for at least one linear grid constituting the hull surface of the modeled hull model data through the node information acquisition unit;
Through the grid node setting unit, among the two directions perpendicular to the surface of the one or more linear grids using the node information, a direction toward a fluid region is set as a reference normal vector direction, and a first linear grid among the one or more linear grids If there is a second linear lattice adjacent to and sharing one side, the first and second linear lattices are such that the reference normal vector direction of the second linear lattice matches the reference normal vector direction of the first linear lattice. Rearranging by changing positions of nodes of the second linear grid based on one side shared by each other;
Calculating a normal vector for each of the one or more linear grids through a normal vector calculating unit; And
After selecting the linear lattice generating buoyancy among the one or more linear lattices using the calculated normal vector through the frictional resistance calculating unit, and acting on the hull model data using buoyancy acting on the selected area of each linear lattice. Comprising the step of calculating the frictional resistance, characterized in that it comprises, the frictional resistance calculation method of floating ice based on linear information.
제6항에 있어서,
상기 하나 이상의 선형 격자에 대한 절점정보를 획득하는 단계는,
상기 절점정보 획득부를 통해 캐드(CAD) 파일로부터 모형화 된 상기 선체모형 데이터를 불러오는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 방법.
The method of claim 6,
The step of obtaining node information for the one or more linear grids is:
And loading the modeled hull model data from a CAD file through the node information acquiring unit, wherein the frictional resistance of floating ice is calculated based on linear information.
제6항에 있어서,
상기 절점정보는,
16진수로 구현된 상기 하나 이상의 선형 격자의 격자면(lattice plane) 및 절점(panel point)이 아스키(ASCII) 코드로 변환하여 구현된 것을 특징으로 하는, 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 방법.
The method of claim 6,
The node information,
A method of calculating frictional resistance of floating ice based on linear information, characterized in that the lattice planes and panel points of the at least one linear grid implemented in hexadecimal are converted to ASCII codes.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 선체모형 데이터에 작용하는 마찰저항을 산출하는 단계는,
상기 마찰저항 산출부에서 전산유체해석(CFD) 기법을 통해 추정된 상기 선체 표면의 동압분포를 이용하여 상기 하나 이상의 선형 격자 중에서 부력이 발생하는 하나 이상의 선형 격자를 선별하는 단계;
상기 마찰저항 산출부에서 선별된 하나 이상의 선형 격자 별 면적 및 부력을 산출하는 단계; 및
상기 마찰저항 산출부를 통해, 산출된 면적값 및 부력값을 이용하여, 상기 선체모형 데이터에 작용하는 법선력 및 마찰저항을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선형정보에 기반한 부유빙의 마찰저항 산출 방법.
The method of claim 6,
The step of calculating the frictional resistance acting on the hull model data is
Selecting one or more linear lattices generating buoyancy from the one or more linear lattices by using the dynamic pressure distribution of the hull surface estimated by a CFD technique in the frictional resistance calculator;
Calculating the area and buoyancy of each of the at least one linear grid selected by the frictional resistance calculator; And
And calculating the normal force and the frictional resistance acting on the hull model data using the calculated area value and the buoyancy value through the frictional resistance calculation unit. Resistance calculation method.
KR1020180145063A 2018-11-22 2018-11-22 System and method for calculating frictional resistance of floating ice based on hull shape information KR102121833B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180145063A KR102121833B1 (en) 2018-11-22 2018-11-22 System and method for calculating frictional resistance of floating ice based on hull shape information

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180145063A KR102121833B1 (en) 2018-11-22 2018-11-22 System and method for calculating frictional resistance of floating ice based on hull shape information

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200059839A KR20200059839A (en) 2020-05-29
KR102121833B1 true KR102121833B1 (en) 2020-06-11

Family

ID=70912004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180145063A KR102121833B1 (en) 2018-11-22 2018-11-22 System and method for calculating frictional resistance of floating ice based on hull shape information

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102121833B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111674524B (en) * 2020-06-08 2022-03-04 大连理工大学 Bottom-up molded line layered design method for ballastless water ship

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2238036A1 (en) 1995-12-04 1997-06-12 Hiroharu Kato Method for reducing frictional resistance of hull, frictional resistance reducing ship using such method, and method for analyzing ejected air-bubbles from ship

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kaj Rista, ship_ice interaction in ship design: theory and practice, 인터넷, 2013.5월 공개*
정태환 외 3인, CFD 해석을 이용한 덕트형 자율무인잠수정의 운동해석 및 설계 최적화에 관한 연구, 한국해양공학회지, 2009.2월, 제23권, 제1호, 페이지 48-53*
출력용데이터확정, 인터넷, 2015년 공개, https://www.ncs.go.kr/index.do*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200059839A (en) 2020-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5209298B2 (en) Flow simulation calculation method and system
KR102121833B1 (en) System and method for calculating frictional resistance of floating ice based on hull shape information
Boonkasame et al. The stability of large‐amplitude shallow interfacial non‐Boussinesq flows
Mino et al. Effect of internal mass in the lattice Boltzmann simulation of moving solid bodies by the smoothed-profile method
US10031984B2 (en) Method and device for simulating surface tension
Lambert et al. Local lubrication model for spherical particles within incompressible Navier-Stokes flows
Flynn et al. Intrusive gravity currents
Chen et al. Lattice Boltzmann simulation of particle motion in binary immiscible fluids
CN105807093A (en) Acceleration measurement method and device based on particle image velocimetry technology
Brambilla et al. Automatic tracking of corona propagation in three-dimensional simulations of non-normal drop impact on a liquid film
Korobkin et al. Water-exit problem with prescribed motion of a symmetric body
KR101885828B1 (en) Corrosion Prediction Method Of Building Using Modeling
JP6782202B2 (en) Inner wall extraction device, inner wall extraction method, and program
Bonetto et al. Spatial structure of stationary nonequilibrium states in the thermostatted periodic Lorentz gas
Dostal et al. Stochastic averaging of roll-pitch and roll-heave motion in random seas
Vidar Grindheim et al. Comparison of two models for prediction of seismic streamer state using the ensemble Kalman filter
Hui A unified coordinates approach to computational fluid dynamics
KR101562863B1 (en) Method for simulating fluid flow by using the lattice Boltzmann theory and recording medium for performing the method
Buachart et al. A shallow water model by finite point method
Mohammadian Numerical approximation of viscous terms in finite volume models for shallow waters
Kvashchuk A robust implicit scheme for two-phase flow in porous media
Shterev Iterative process acceleration of calculation of unsteady, viscous, compressible, and heat‐conductive gas flows
Misaka et al. Sensitivity analysis of unsteady flow fields and impact of measurement strategy
Jalaal et al. One‐dimensional single rising bubble at low Reynolds numbers: solution of equation of motion by differential transformation method
JP2013047656A (en) Target tracking system, program and method thereof, angle tracking device, program and method thereof, target tracking device, and program and method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right