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최근 들어 선박은 갈수록 대형화 추세에 있으며, 이와 동시에 선박의 안전성에 대한 요구 또한 갈수록 늘어나고 있습니다. 아울러 대형화된 선박의 출현은 선체구조설계와 그 안전성의 검증에 있어 이전과는 다른 기준을 요구하고 있습니다. 기존의 선박들은 선체의 주요부분에 대해서만 구조해석을 수행하였으나, 현재 설계되는 대형선박들은 대부분 선체전체를 대상으로 구조해석이 수행되고 있습니다. 이를 일반적으로 전선구조해석이라 하며, 전선구조해석의 방법에는 선급에 따라 조금씩은 차이가 있으나, 일반적으로 다음 두 가지 방법으로 나누어 집니다.

준정적 해석

선체에 가해지는 하중이 준정적인 특성을 가진 것으로 선박의 자중과 선체에 가해지는 정수압을 유한요소모델의 하중으로 주어서 해석하는 방법입니다. 영국 Lloyd Register에서 채택하고 있는 방법으로 하중조건에 따라서 선급규칙에서 제시하는 Hull Girder Load와 등가의 하중을 얻을 수 있는 Design Wave를 계산하여 정적으로 선체외판에 압력으로 가하게 됩니다. 당사에서는 1999년에 해석시스템을 개발 완료하여 5,302TEU Full Container Carrier에 이를 적용하였습니다.

동적 해석

선체에 가해지는 하중의 동적인 특성까지 고려하여 선박의 자중 및 정수압뿐 만 아니라 파도에 의해 가해지는 동압력과 선체운동에 의한 관성력까지 고려하여 해석하는 방법입니다. 해상상태에 의한 선체운동과 파랑동압력은 Strip Method나 Panel Method 등 Potential 유체이론에 기초한 방법을 사용하여 해석하며, 준정적해석과 같이 선급규격값과 등가의 Design Wave를 계산하거나, 해상의 기후조건을 고려한 통계해석을 수행하여 Design Wave를 구하여 해석을 수행합니다. 당사에서는 한국선급기술연구소와의 공동연구를 통해서 동적하중을 고려한 전선해석시스템을 개발 중이며 현재 개발완료시점에 있습니다.

연구분야 연구실적
구조해석
  • 45,000DWT 화학제품운반선 화물창 구조해석
  • 기관실대형 P/E 블록 LIFTING 구조해석
  • 710, 5,300, 5,600, 6,500, 8,100, 12,800 TEU 등 컨테이너선 화물창 구조해석 및 전선구조해석
  • 135K Bulk Carrier 하역조건 변경에 따른 화물창 구조해석
  • 45,000DWT 화학제품운반선 DECKHOUSE 구조해석
  • LNG선 DECK HOUSE 구조해석
  • LNG선 CARGO HOLD 해석 및 전선 구조해석
  • 115K C.O.T.화물창 구조해석
  • 175K BULK CARRIER 화물창 구조해석
  • 기타 각종 상세 LOCAL 구조해석 수행
구조해석 분야 선택 구조해석 피로해석 충돌해석 피로해석

일반적으로 구조설계 및 해석은 선박 혹은 기타 구조물이 받는 극한 하중을 기준으로 하여 구조물의 파손을 방지하고, 주어진 설계조건에서 구조물이 정상적인 기능을 수행하는데 초점을 맞추고 있습니다. 이는 구조물이 받는 1회적인 하중에 대한 응답에 대해서만 고려를 하게 되어 있습니다.

그러나 실제 구조물의 손상이나 기타 다른 문제점을 일으키는 것은 이러한 1회적 하중이 아니라, 오랜 시간을 통해서 지속적으로 가해지는 비교적 작은 하중에 의한 파손인데 이것을 피로에 의한 파손이라 합니다.

이러한 피로 현상은 현재 구조물의 설계 및 강도 해석에 있어서 필수적이며, 구조물의 수명을 결정하는데 반드시 고려되어야 할 요소이지만, 구조물에 가해지는 하중과 하중에 의한 구조물의 장기적인 응답에 불확실성이 포함되어 있기 때문에 이러한 피로현상을 정확하게 해석하고 예측하는 것에 어려움이 따릅니다. 선박 및 해상구조물의 피로해석을 위하여 다음과 같은 두 가지의 연구가 진행되고 있습니다.

구조물이 받는 주요하중에 대한 통계적인 해석

흔히 Spectral Method 라고 불리어집니다.

선박 및 해상구조물이 받는 주요하중으로는 기후에 의한 하중(Weather Load), 즉 파도에 의한 하중이 가장 비중이 크며, 파도 스펙트럼, 기상자료에 의한 통계해석을 구조물의 유한 요소해석을 병행하여 이러한 하중에 의한 구조물의 피로현상을 해석합니다.

유한 요소구조해석을 이용한 응력집중계수

피로현상은 일반적으로 국부적으로 집중되는 응력에 의해서 나타나지만, 구조해석을 효율적으로 수행하기 위하여서는 국부적인 효과는 배제해야 하며, 따라서 피로해석을 위해 필요한 결과를 얻을 수 없습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 국부적인 결과를 전체적인 구조해석의 결과에 별도로 계산된 가중치를 곱하여 줌으로써 계산하는 방법을 주로 사용하며, 이때의 가중치를 응력집중계수라합니다. 과거에는 이러한 응력집중계수는 표준화된 구조물에 대한 공식을 사용하였으나, 정밀모델에 의한 유한요소구조해석을 이용하여 구하는 방법이 최근에 널리 사용되고 있습니다.

연구분야 연구실적
피로해석
  • 고정식 해상구조물의 피로해석
  • 8100TEU 컨테이너선 SIDE SHELL LONGI FATIGUE 해석