본 연구에서는 해양플랫폼의 탑사이드 구조에서 주로 채택하고 있는 파이프 연결 구조의 피로 수명 증가를 위한 방안을 찾기 위하여, 유한요소해석을 수행하였다. 상용해석프로그램인 MSC Patran/Nastran을 적용하였으며, 대표적인 중앙부 구조 형상을 해석 모델로 선정하였다. 하중에 따른 응력집중 현상을 구현하기 위하여, 8 절점 솔리드 요소를 이용한 모델링을 구현하였다. 주요하중은 횡방향 하중 2가지와 대각선 파이프에 인장 하중을 고려하였다. 주요 위치에서의 Hot spot 응력을 확인하기 위하여, 0.01 mm dummy 쉘 요소를 적용하였으며, 0.5 t와 1.5 t 위치에서의 주응력을 계산한 후 외삽법에 따라 용접부에 발생하는 응력을 추정하였다. 일부 구간에서는 만족해야 하는 피로 수명 이하로 평가되어, 보강이 필요하였다. 보강은 기존 설계된 파이프의 두께나 지름을 변경하지 않고, 피로 수명이 부족한 부위에 응력집중계수를 낮출 수 있도록 브래킷을 추가하였다. 인장 하중에 대해서는 bracket toe에서 응력은 23 % 증가하였고, 기존에 문제가 된 파이프의 내측, 외측에서의 응력은 약 8 % 감소하였다. 휨 하중에 대해서는 bracket toe에서 응력은 3 % 증가하였고, 기존에 문제가 된 파이프의 내측, 외측에서의 응력은 약 48 % 감소하였다. 신규 브래킷 보강으로 인하여, bracket toe의 응력증가 가 발생하였지만, S-N 커브 자체가 파이프 조인트에 비해 좋으므로 큰 문제가 되지는 않는다. 본 연구에서 적용한 국부 보강을 통한 피로 수명 개선 방법은 기존 설계안의 변경을 최소화하면서 피로 수명 증가를 효율적으로 할 수 있다는 점에서 관련 산업에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

해양플랜트는 발주처와 선급에서 요구하는 다양한 항목들을 설계할 시에 반영하여야 한다. 특히, 해양구조물에 탑재되는 Topside Module의 경우 육상플랜트와는 다르게 공간적 제약이 크고 구조물의 움직임과 같은 해상 환경조건 및 안전과 관련된 요구사항들이 많아 그 설계 과정이 매우 까다롭다. 본 연구에서는 Topside Module에 들어가는 주요장비 중 하나인 HPU(Hydraulic Power Unit) 구조물에 작용하는 하중을 DNVGL 규칙에 따라 계산하고, 각 하중조건에 따른 구조안전성 평가를 진행하였고 개발된 제품의 구조 신뢰성을 향상하고자 하였다. 구조해석은 범용프로그램인 MSC 소프트웨어를 사용하였고, 총 5가지 하중 조건으로 구조해석을 진행하여 다양한 움직임에 대한 안전성을 검토하였다. 그 결과 선미 방향 Pitching 상태(Load Case 5)에서 최대 응력이 발생하였고, 응력 수준은 허용응력의 약 85 % 수준이고, 최대변위는 허용치의 약 5 % 수준으로 구조안전성이 확인되었으며 부재 간 간섭은 발생하지 않았다.

가스폭발은 해양플랜트 산업에서 발생할 수 있는 치명적인 사고 중 하나이며, 탑사이드 플랫폼은 폭발압력에 따른 구조건전성을 확보해야만 한다. 따라서, 해양플랜트 분야에서는 이러한 폭발사고에 대비한 방폭설계에 관한 많은 연구가 수행되었지만, 여전히 추가적으로 세밀한 분석이 더 필요한 실정이다. 폭발 설계하중 계산과정에서 도출된 충격량은 CFD 해석결과로 계측된 폭발 압력 응답에서의 곡선 아래 면적의 절대 값에 의해 결정되어 진다. 하지만 가스폭발에서의 부압구간은 TNT 폭발이나 가스폭발과는 달리 상당부분 존재한다. 본 연구의 목표는 이러한 부압구간이 구조물의 거동에 미치는 영향에 대해서 분석하는 것이다. 따라서 방폭설계가 필수적으로 요구되어지는 FPSO 탑사이드의 방화벽을 폭발하중에 따른 구조응답을 분석하기 위한 대상물로 선정하였다. 폭발 하중-시간이력 데이터는 FLACS를 이용한 폭발 시뮬레이션 과정을 통해 획득하였으며, LS-DYNA는 비선형 과도 응답해석을 위해 사용되었다.

The ionospheric mid-latitude trough (IMT) is the electron density depletion phenomenon in the F region during nighttime. It has been suggested that the IMT is the result of complex plasma processes coupled to the magnetosphere. In order to statistically investigate the characteristics of the IMT, we analyze topside sounding data from Alouette and ISIS satellites in 1960s and 1970s. The IMT position is almost constant for seasons and solar activities whereas the IMT depth ratio and the IMT feature are stronger and clearer in the winter hemisphere under solar minimum condition. We also calculated transition heights at which the densities of oxygen ions and hydrogen/helium ions are equal. Transition heights are generally higher in daytime and lower in nighttime, but the opposite aspects are seen in the IMT region. Utilizing the Incoherent Scatter Radar (ISR) electron temperature measurements, we find that the electron temperature in the IMT region is enhanced at night during winter. The increase of electron temperature may cause fast transport of the ionospheric plasma to the magnetosphere via ambipolar diffusion, resulting in the IMT depletion. This mechanism of the IMT may work in addition to the simply prolonged recombination of ions proposed by the traditional stagnation model.

In this study, we estimated the topside scale height of plasma density (Hm) using the Swarm constellation and ionosondes in Korea. The Hm above Korean Peninsula is generally around 50 km. Statistical distributions of the topside scale height exhibited a complex dependence upon local time and season. The results were in general agreement with those of Tulasi Ram et al. (2009), who used the same method to calculate the topside scale height in a mid-latitude region. On the contrary, our results did not fully coincide with those obtained by Liu et al. (2007), who used electron density profiles from Arecibo Incoherent Scatter Radar (ISR) between 1966 and 2002. The disagreement may result from the limitations in our approximation method and data coverage used for estimations, as well as the inherent dependence of Hm on Geographic LONgitude (GLON).

In this study, we investigated the effect of space plasmas on the floating potential variation of a low-altitude, polar-orbiting satellite using the Langmuir Probe (LP) measurement onboard the STSAT-1 spacecraft. We focused on small potential drops, for which the estimation of plasma density and temperature from LP is available. The floating potential varied according to the variations of plasma density and temperature, similar to the previously reported observations. Most of the potential drops occurred around the nightside auroral region. However, unlike the previous studies where large potential drops were observed with the precipitation of auroral electrons, the potential drops occurred before or after the precipitation of auroral electrons. Statistical analysis shows that the potential drops have good correlation with the temperature increase of cold electrons, which suggests the small potential drops be mainly controlled by the cold ionospheric plasmas.

In this study, the transient second or third layer on the topside of the Martian ionosphere were investigated with the most recently released Mars advanced radar for subsurface and ionospheric sounding/Mars Express data obtained from January 2010 to September 2011 to study the correlation between these topside additional layers and surface magnetic fields, solar zenith angle and solar activities. When examining the zones where the topside layer appeared, the occurrence rate of the topside layer was low at the areas with a strong Martian crustal magnetic field as observed by the Mars global surveyor. The occurrence rate of additional layers on the Martian topside ionosphere decreases as the solar zenith angle increases. However, these layers appeared significantly near the terminator of which solar zenith angle is 90°. In comparison between F10.7 which is the index of solar activities and the occurrence rate of the topside layer by date, its occurrence rate was higher in 2011 than in 2010 with less solar activities. The result of this study will contribute to better understanding of the environments in the topside of the ionosphere through the correlation between the various conditions regarding the Martian ionosphere and the transient layer.