고객이 직면한 과제
전 세계적으로 해안 인구 밀집 지역이 더욱 커지고 있기 때문에 해양 파도 역학을 더 잘 이해하는 것이 사람들의 삶과 생계를 보호하기 위한 중요한 과제가 되었습니다. 허리케인에 수반되는 폭풍 해일과 마찬가지로 바다에서 발생하는 대지진에 뒤따르는 쓰나미는 엄청나게 파괴적입니다. 쓰나미는 발생할지 아닐지의 문제가 아니라 언제 발생하는지의 문제입니다. 따라서 인류의 최선의 방어는 쓰나미에 대비하는 것이며 이는 부식과 파도에 강한 해안 구조물을 더 개발하고 더 나은 대피 계획을 세우는 것입니다.
엔지니어링 O.H. 오레곤 주립대학의 George E. Brown, Jr.는 내진 엔지니어링 시뮬레이션 쓰나미 연구 시설(NEES TRF)의 목적에서 임무를 설명합니다. Hinsdale 파도 연구 실험실(HWRL). 이 실험실은 세계에서 가장 크고 가장 복잡한 시설 중 하나이며 해안 및 해양 엔지니어링과 연안에서의 연구와 혁신에 전념합니다. 파도 시뮬레이션 기술은 1971년에 HWRL에서 처음으로 개발되었고 해당 시설은 설립된 이후로 국제 연구 커뮤니티에 중요한 지원을 제공하고 있습니다. NEES TRF의 업적은 인간이 바다와 상호작용하는 방법에 영향을 줍니다. 여기에는 우리가 사는 장소, 연안 생태계를 보존하는 방법, 심지어는 에너지를 생성하는 방법이 포함됩니다.
규모는 진행 중인 유체 역학에 대한 일반적인 연구, 특히 NEES TRF에 중요하고 지속적인 난관이 됩니다. 파도 역학과 해안 침식 연구의 대부분은 소형 모델에서의 결과를 대규모로 확대하면 정확하지 않으므로 연구자들은 프로토타입의 크기에 가까운 대상을 테스트하기 위해 더 큰 시설을 개발하기 원합니다. 규모가 커짐에 따라 그러한 테스트를 위해 필요한 고급 시설, 기술과 인력 때문에 비용을 줄이려는 시도를 포함한 여러 도전이 생겼습니다.
"이 분야에서는 쓰나미와 폭풍 해일에서 흔히 발생하는 긴 파도를 생성하는 능력 등 많은 중요한 테스트 능력이 없었는데 이는 이러한 기능을 지원할 정도로 큰 테스트 시설이 없었기 때문입니다." OSU의 해양 및 구조 엔지니어링 교수이자 HWRL의 교장 서리, NEES의 연구 책임자인 Solomon Yim 박사의 말입니다. "저희의 목표이자 도전은 가능한 테스트의 더 유용한 모델을 끊임없이 만들고 확장하는 것입니다."
MTS 솔루션
지난 40년 동안 MTS와 HWRL/NEES TRF는 성공적으로 여러 시설을 확장했습니다. Yim 박사에 따르면 MTS는 시설 계획, 하드웨어 및 소프트웨어 사양, 시스템 통합 및 지속적인 유지 관리를 통해 각 확장에서 중요한 역할을 했습니다.
"MTS는 케이블 연결, 제어, 작동 체계 구성과 함께 제어실에서 필요한 알고리즘을 완성하는 데 중요한 역할을 했습니다." Yim 박사의 말입니다. "MTS는 쓰나미 연구자들의 핵심 요구 사항인 대형 파도 수로를 통해 맞춤형 장파 기능을 사용하는데 특히 도움이 되었습니다."
현재 NEES TRF의 활동을 지원하는 두 개의 대규모 첨단 테스트 시스템은 근해 허리케인 조건, 쓰나미, 장파 및 장기 해안 침식을 정확하게 시뮬레이션할 수 있는 대형 파도 수로와 고급 쓰나미 시뮬레이션을 활용해 연구자들이 그러한 사건의 복잡한 3차원 특성을 더 잘 이해하도록 돕는 쓰나미 조파 수조입니다. 해안 및 해양 공학 연구 분야에서 세계에서 가장 크고 기술적으로 정교한 실험실 중 하나인 NEES TRF는 매년 수천 명의 방문객을 끌어들입니다.
대형 파도 수로는 길이가 104m(342'), 폭이 3.7m(12'), 깊이가 5m(15')이며 1972년 MTS와 HWRL이 공동으로 개발했습니다. 2009년에 대형 파도 수로의 첨단 피스톤 유압 액추에이터 어셈블리가 설치되어 1972년 MTS에서 제작한 힌지 파도 생성기를 대체했습니다. 새로운 액추에이터 어셈블리는 초당 최대 4m(13')의 스트로크와 속도를 생성합니다.
현재 쓰나미 조파 수조는 길이가 48.8m(160'), 폭이 26.5m(87'), 깊이가 2.1m(7')이며 30개의 MTS 유압 액추에이터와 29개의 패들이 최대 스트로크와 초당 2m(6.6')의 속도를 생성합니다.
Yim 박사는 각 확장의 궁극적인 결정 요인으로 자금 지원을 언급합니다. "저희는 제안서를 작성할 때 해당 확장이 어떻게 국제 연구자들을 지원하고 궁극적으로 대중에게 이익이 될지에 대한 사례를 만드는 데 MTS 기술 통찰력과 시설 계획 전문 지식에 크게 의존했습니다." 박사가 말합니다. "전 저희의 철저한 제안서가 저희가 지금까지 받은 상당한 재정적 지원과 많은 관련이 있다고 믿습니다. 여기에는 두 개의 대형 NSF 장비와 계측 보조금이 포함되며 이는 드문 일입니다."
고객 혜택
NEES TRF는 계속해서 테스트 시설의 규모와 장치를 고도화하여 전 세계 엔지니어가 파도 역학에 대한 전례없는 통찰력과 해양 이벤트가 인류에 미칠 수 있는 잠재적인 영향을 살펴볼 수 있도록 해 내구성이 더 뛰어난 구조물을 개발하고 더 효과적인 대피 전략을 수립하도록 도왔습니다.
"저희는 해안에서 멀리 떨어진 조건을 시뮬레이션하는 것부터 해안선 심지어는 내륙 조건을 시뮬레이션하는 등 모든 것을 포함하는 모든 범위의 관련 연구를 다룰 수 있습니다." Yim 박사의 말입니다. "NEES TRF의 모든 변화를 통해 MTS 기술과 인력은 소중한 상수로 남아 있습니다. MTS에서는 또한 NEES를 통해 정기적인 유지 보수를 제공하며 테스트 시스템의 성능과 가동 시간을 최고로 유지해 저희가 유지 비용을 관리하는 데 도움을 줍니다."
Yim 박사는 미래에 NEES TRF에서 추가적인 확장을 할 가능성이 매우 높으며 이는 쓰나미가 해안 지역에 어떤 영향을 미치는지에 대해 더 잘 이해해야 한다는 점을 고려하면 더욱 그렇습니다.
"해안에 가까워질수록 파도 역학이 점점 비선형이 됩니다. 이에 따라 축소 모형의 효용성이 더욱 줄어들므로 저희 테스트 시스템이 더 커질 것입니다." 그의 말입니다. "그 때가 되면 저희는 확실히 MTS에 도움을 구해 제안서를 만들고 추가적인 확장을 할 수 있으리라 기대합니다."
