감쇠 (Damping)

조선해양공학
한 줄 정의: 진동 에너지가 마찰, 유체저항 등에 의해 소산되어 진동 진폭이 시간에 따라 감소하는 현상 또는 그 정도이다.

쉽게 풀면

흔들림이 점점 줄어들게 만드는 힘이나 성질이다.

왜 중요한가

감쇠는 진동 에너지를 소산시켜 응답 진폭을 제한하는 성질로, 공진 조건에서 진폭을 결정하는 유일한 인자이므로 선체 진동, 횡동요, 라이저 와류유발진동 예측에서 가장 민감한 입력값입니다. 빌지킬과 감요 탱크 같은 장치는 감쇠를 인위적으로 늘리는 설계 해법입니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

감쇠는 구조감쇠, 유체감쇠(조파감쇠, 와류감쇠) 등으로 구성되며, 감쇠비는 자유감쇠시험이나 강제가진시험을 통해 실험적으로 추정되는 경우가 많다.

횡동요 감쇠시험을 통해 감쇠계수를 실측하여 GZ곡선 기반 동적복원성 평가에 반영한다.

"동일한 구조물이라도 방진고무를 추가로 설치한 조건에서는 자유진동의 진폭이 훨씬 빠르게 줄어드는 것이 확인되었다."

감쇠 요소가 클수록 진동 에너지가 더 빨리 소산되어 진폭 감소 속도가 빨라짐을 보여주는 서술입니다.

조금 더 깊게 보면

감쇠는 강성이나 질량과 달리 이론적으로 계산하기 어려워 대부분 실험·계측 경험값에 의존하며, 이것이 진동 예측의 불확실성 대부분을 차지합니다. 횡동요 감쇠는 진폭에 비례하는 선형 성분과 진폭 제곱에 비례하는 점성 성분이 섞여 있어 대진폭에서는 선형 모델이 크게 빗나갑니다. 유체동역학적 감쇠와 구조 감쇠는 원인이 다르고 주파수 의존성도 달라 합쳐서 하나의 계수로 다루면 안 됩니다. 선체 진동의 구조감쇠는 대체로 1% 안팎의 작은 값이지만 유체감쇠(조파감쇠)는 주파수에 따라 크게 달라져, 저주파 전역진동에서는 유체감쇠가, 고주파 국부진동에서는 구조감쇠가 상대적으로 더 큰 비중을 차지하는 경향이 있다. 감쇠는 강성이나 질량과 달리 이론적으로 계산하기 어려워 대부분 실험·계측 경험값에 의존하며, 이것이 진동 예측 불확실성의 대부분을 차지한다.

주의할 점

감쇠는 진폭에 따라 비선형적으로 변화하는 경우가 많아 소진폭 감쇠시험 결과를 대진폭 응답 예측에 그대로 적용하면 오차가 발생할 수 있다. 감쇠는 진폭에 따라 비선형적으로 변화하는 경우가 많아 소진폭 감쇠시험 결과를 대진폭 응답 예측에 그대로 적용하면 오차가 발생할 수 있다. 횡동요 감쇠는 진폭에 비례하는 선형 성분과 진폭 제곱에 비례하는 점성 성분이 섞여 있어 대진폭에서는 선형 모델이 크게 빗나간다. 유체동역학적 감쇠와 구조 감쇠는 원인이 다르고 주파수 의존성도 달라 합쳐서 하나의 계수로 다루면 예측 오차가 커질 수 있다.

관련 용어