세장 구조물은 동하중에 매우 취약한 구조시스템으로써 와흘림에 의한 와류유발진동(Vortex-Induced Vibration, VIV)이 발생 할 가능성이 크다. 또한 와류유발진동이 구조물의 고유진동수 영역에서 발생하는 경우 공진이 지속되는 Lock-in 현상으로 피로 파괴 의 우려가 있다. 본 논문에서는 공진주파수가 유동 조건의 변화에도 불구하고 유지되는 현상의 원인을 분석하기 위해서 유체로 인한 구조물의 동적 거동에 대하여 해석을 수행하였다. 유동의 방향과 수직 방향으로 자유 거동하는 1 자유도의 구조시스템의 2차원 원형 실린더 단면을 대상으로 비정상 층류영역을 가정하였다. 물체의 움직임을 고려하여 매시간 유동장의 격자를 재생성하는 Remeshing 기 법을 사용하였고 물체의 운동방정식과 유동의 지배방정식을 순차적으로 수치계산하는 유체-구조 연성 해석을 수행하였다. 본 연구에 서 구현한 Lock-in 현상은 선행연구와 잘 일치하였고, Lock-in 현상에서 운동진폭이 증가하는 특성이 잘 모사되었다. 또한 단면에서 전 단응력의 변화로 인한 박리현상과 공진주파수가 지속되는 현상의 관계를 분석하였다.

본 연구에서는 세장체의 연속적인 거동을 전체 길이에 대하여 측정할 수 있는 계측시스템을 선정하며, 선정된 수중카메라 시스템의 성능평가를 수행한다. 수중카메라의 기초성능평가를 위하여 강체파이프의 강제가진 실험을 수행한다. 파이프의 상단을 강제가진장치에 고정시킨 후, 일정주기와 진폭으로 가진시켜 수중카메라를 이용하여 변위를 측정한다. 강제가진장치에 입력된 신호와 수중카메라에 계측된 신 호를 비교하여 측정 정밀도를 평가한다. 연속체인 세장체 파이프의 강제가진 실험을 수행하여, 수중카메라 시스템의 실시간 3차원적인 측정 가능성을 정성적으로 평가한다. 본 수중카메라 시스템은 향후 국내 심해공학수조에 적용되어, 세장체구조물 및 계류선 등의 거동 측정에 활용 될 것이다.

수중세장체의 동적거동 해석시, 세장체간의 접촉, 세장체와 지면의 접촉이 흔히 포함된다. 본 논문에서는 접촉모델의 동적거동 해석을 위해 효율적이고 일반적인 접촉알고리듬을 다루고 있다. 절대좌표계에서 시스템의 경계상자를 만들고, 그것을 세분화하여 접촉감지에 사용하는 전역 감지 기술이 제안되었다. 접촉 감지의 횟수, 즉 접촉 감지 시간이 다른 방법에 비해 작다는 것이 이 방법의 장점이다. 개발된 효율적인 접촉 감지 알고리듬을 3차원 비선형 세장체 해석 프로그램에 적용하였으며, 몇 가지 수치예제를 통하여 제안된 방법의 효율성을 검증하였다.