본 논문에서는 수중폭발(UE: underwater explosion)에 의한 해중터널(SFT: submerged floating tunnel)의 동적거동을 양 해법(explicit)를 이용하는 LS-DYNA에 의한 유한요소해석을 통하여 분석하였다. SFT의 유한요소모델은 원형단면의 강재 라이너에 콘크리트가 채워진 복합재 원형단면으로 고려되었다. 해중터널 시스템의 중앙부 100m 구간은 탄소성재료를 고려 한 솔리드(solid)요소로 상세하게 모델링하였으며, 양측 방향으로 각각 1km 구간에 대해서는 탄성재료를 고려하여 빔(beam) 요소로 이상화하여 모델링하였다. 사선계류시스템은 케이블(cable)요소를 적용하였으며, 수중폭발에 의한 동적거동시 수리동 적질량의 영향을 고려하기 위하여 원형단면에 대한 추가질량을 고려하였다. 또한 부력과 같은 상시하중을 초기조건으로 고려하기 위하여 동적완화해석(dynamic relaxation analysis)를 수행하였다. UE는 부력비(B/W)와 폭발지점으로부터 거리의 변화에 대해서 고려하였으며, 폭발의 규모는 천안함 합동조사보고서(2010)를 참조하여 TNT 360kg로 결정하였다. 수중폭발 해석결과, 폭발지점으로부터 SFT까지 거리는 관입량, 충격압력의 크기와 반비례 관계에 있고, 부력비(B/W)가 커질수록 계류장력도 커짐을 확인하였다. 그러나 사선계류라인의 계류각 변화는 SFT의 수평거동, 관입량, 계류력, 충격압력과의 연관성 을 찾을 수가 없었다.

Jinhae Bay located in the southern of Korean Peninsular is an important spawning area in Korea. By some preliminary studies it was measured several times that adult Pacific codes (Gadus microcephalus) were passed (swimming layer: 15 to 18 m) over a submerged sea tunnel (sea bottom: about 30 m) rather than another immigration route when the Pacific codes were tagged surgically with an acoustic transmitters and released inside of the Bay. There is a possibility that the Pacific codes and the other fishes use the route on the sea tunnel as an immigration route are affected by a human–generated underwater noise around the sea tunnel due to the sea tunnel traffic. On this study the 25–hour measurements of the underwater noise level by water layer were conducted with a hydrophone attached on a portable CTD and an underwater noise level meter during four seasons, and the acoustical characteristics of the underwater noise was analyzed. The mean traffic volume for one hour at the sea tunnel on the spring was shown the largest value of 1,408 [standard deviation (SD): 855] vehicles among four seasons measurement. The next one was ordered on the autumn [1,145 (SD: 764)], winter [947 (SD: 598)] and summer [931 (SD: 558)] vehicles. Small size vehicle was formed 84.3% of the traffic volume, and ultra–small size, medium size, large size and extra–large size of the vehicle were taken possession of 8.7%, 3.2%, 2.0% and 1.8%, respectively. On the daily change of the noise level in vertical during four seasons the noise level of 5 m–layer was shown the highest value of 121.2 (SD: 3.6) dB (re 1 μPa), the next one was 10 m– layer [120.7 (SD: 3.5)], 2 m– and 15 m–layer [120.3 (SD: 3.5 to 3.7)] and 1 m–layer [119.2 (SD: 3.6)] dB (re 1 μPa). In relation with the seasonal change of the noise level the average noise level measured during autumn was shown the highest value of 123.9 (SD: 2.6) dB (re 1 μPa), the next was during summer [121.4 (SD: 3.2)], spring [118.0 (SD: 3.4)] and winter [116.5 (SD: 5.1)] dB (re 1 μPa). In results of eigenray computation when the real bathymetry data (complicate shape of sea bed) was applied the average number of eigenray was 2.68 times (eigenrays: 11.03 rays) higher than those of model bathymetry (flat and slightly sloped sea bottom). When the real bathymetric data toward inside (water depth becomes shallow according to a distance between the source of noise and hydrophone) of the Bay was applied on the eigenrays calculation the number of the eigenray was 1.31 times (eigenrays: 12.49 rays) larger than the real bathymetric data toward outside (water depth becomes deep with respect to the distance). But whenthe model bathymetric data toward inside of the Bay was applied the number of the eigenray was 1.05 times (eigenrays: 4.21 rays) larger than the model bathymetric data toward outside.

본 논문에서는 해중터널와 수중운항체의 충돌거동을 파악하기 위하여 두 구조체를 모델링하고 해석을 수행하였다. 충돌이 일어나는 해중터널은 원통형으로 단면을 가정하고 콘크리트와 라이닝강판을 가진 구조로 가정하였다. 충돌부위를 제외한 인접부분은 탄성거동을 하는 보요소로 모델링하고 계류라인은 장력을 받는 케이블로 모델링하였다. 수중운항체는 1800톤급 잠수함을 가정하였으며 수리동역학적 부가질량을 고려하여 충돌질량을 산정하였다. 해중터널에 작용하는 부력은 동적완화방법을 사용하여 초기조건에 포함시켰다. 부력비의 변화와 충돌속도의 변화를 고려하여 충돌해석을 수행한 결과, 충돌에너지의 소산은 주로 해중터널에서 발생하고 수중운항체에 의한 에너지 소산은 미미한 것으로 나타났다. 또한 계류라인의 장력과 부력비의 변화에 따라 해중터널의 충돌거동은 큰 영향을 받았다. 특히 충돌력은 기존의 설계기준의 선박충돌력과는 상이한 경향을 보이는 것으로 나타났다.