수상 태양광 연결부재의 내구성 검증을 위한 피로해석 수행, 모델링 기법 대학원 연구원들에 교육 및 전체 해석 진행&총괄

1. 과제 개요

• 과제명: 수상 태양광 발전 시스템용 연결부재(Connector)의 피로 수명 평가 및 구조 최적화
• 역할: 프로젝트 실행 총괄(Acting PI), 다중 스케일 해석 프로세스 수립, 시각화 자료 제작 및 리포팅
• 핵심 목표: 파랑 및 조류 하중에 노출된 부유식 수상 태양광 시스템의 연결부재에 대한 피로 파손 메커니즘 규명 및 25년 이상의 내구수명 확보

---

2. 주요 수행 업무 및 성과

① 다중 스케일 해석 체계 구축 (Global-Local Analysis)

환경 외력에 대응하는 전체 시스템의 거동과 핵심 부품의 응력 집중을 동시에 분석하기 위한 하향식(Top-down) 해석 기법을 적용했습니다.

• 전역 해석 (Global Analysis): 다수의 부유체(Pontoon)와 프레임이 결합된 전체 계통에 대해 유체-구조 연성(FSI) 또는 등가 정적 하중을 적용하여 연결부재에 인가되는 최대 반력 및 모멘트 산출.
• 국부 해석 (Local Analysis): 전역 해석에서 도출된 경계 조건을 연결부재의 고정밀 FE 모델에 매핑하여 용접부 및 체결부의 상세 응력(Hot-spot Stress) 분포 확인.
• 스펙트럼 피로 해석: 환경 조건(Wave Spectrum)에 따른 반복 하중 빈도를 산출하여 Palmgren-Miner 법칙 기반의 누적 손상도(Cumulative Damage) 및 피로 수명 예측.

② 구조 최적화 및 경량화 (Structural Optimization)

해석 결과를 바탕으로 경제성과 안정성을 동시에 만족하는 최적의 형상을 도출했습니다.

• 위상 최적화 (Topology Optimization): 하중 경로를 분석하여 불필요한 질량을 제거하고 구조적 강성이 극대화된 연결부재 초기 형상 제안.
• 치수 최적화 (Size Optimization): 피로 수명을 만족하는 최소 두께 및 볼트 사양을 결정하여 자재비 절감 도모.

③ 동적 거동 시각화 및 삽화 제작 (Visual Communication)

교수님의 대외 발표 및 발주처 보고의 퀄리티를 높이기 위해 고도화된 시각화 결과물을 독자적으로 제작했습니다.

• 움직이는 삽화(Animation) 제작: 파랑 하중에 따른 부유체의 피칭(Pitching) 및 롤링(Rolling) 거동과 그에 따른 연결부재의 유연 거동을 담은 고해상도 동역학 애니메이션 구현.
• 응력 변동 가시화: 반복 하중 인가 시 응력이 집중되고 완화되는 과정을 색상 맵(Contour) 애니메이션으로 제작하여 피로 취약 지점 직관적 제시.

④ 프로젝트 관리 및 보고서 완결 (PM & Documentation)

• 최종 기술 보고서 제작: 해석 모델의 타당성 검증, 하중 시나리오 설정 근거, 최적화 전후 비교 데이터를 포함한 논리적 보고서 집필.
• 연구 프로세스 자산화: '수상 태양광 연결부재 전용 피로 평가 가이드라인'을 제작하여 후속 과제 수행을 위한 표준 매뉴얼 확립.
• 인원 관리: 데이터 정리 및 단순 모델링 작업을 수행하는 학부생 연구원들의 진도를 관리하고, 최종 결과물의 기술적 오류 검수.

---

3. 핵심 역량 요약