기술용어통 : CAE 입문자도 쉽게 이해할 수 있는 '알기 쉬운 기술 용어집'

부가질량 - added mass

작성자: MidasIT 반디통 | 2021. 8. 9 오후 3:00:00

지상에 있는 구조체의 고유진동수(natural frequency)와 동응답(dynamic response)은 이 구조체가 물속에 잠겨 있거나 부분적으로 접해 있게 되면 현저히 달라지게 된다. 그 이유는 구조체의 움직임이 접해 있는 물의 흐름을 야기하고, 그 결과 물의 동수압(hydrodynamic force)을 받게 되기 때문이다. 따라서, 물과 접해 있는 구조체의 고유거동이나 동응답을 정확히 분석하기 위해서는 접해 있는 물의 동수압 효과(hydrodynamic effect)를 반영하여야 한다.

이와 같이 구조물과 유체의 상호 작용을 동시에 반영하여 해석하는 것을 유체-구조 연계해석(fluid-structure interaction analysis) 혹은 간단히 FSI해석이라고 부른다. 하지만 접해있는 유체의 흐름을 동시에 고려하게 되면 수치해석적으로 매우 복잡해질 뿐더러 계산해야 할 행렬방정식 역시 거대하게 된다.

부가질량이란 접해 있는 물의 동적인 효과를 질량으로 환산하여 구조물에 부가하는 것을 말한다. 이렇게 처리하게 되면 단순히 구조체 자체만 고려하면 되기 때문에 해석기법이 간단해 질뿐더러 행렬 방정식의 크기도 억제시킬 수 있다. 하지만 접해있는 물의 동수압에 의한 부가질량의 크기가 얼마인지 그리고 구조물에 어떻게 부가시켜야 할 지가 관건이 된다. 그리고 부가질량의 크기와 분포 형태는 구조물의 진동수에 따라 달라지는 특성을 지니고 있다.

하지만, 일반적으로는 지금까지의 연구결과를 토대로 부가질량을 적절히 산정하여 구조물에 고르게 분포시키고 있지만, 보다 정확히 계산하기 위해서는 해당 문제를 유체-구조 연계해석을 실시하여 동수압을 구조체의 관성력으로 환산하여 해당 부가질량 행렬을 유도하여야 한다.

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