일반적으로, 선박에 탑재되는 장비의 진동문제는 장비자체의 기진력에 의한 진동문제뿐만 아니라 외부기진력인 주기관과 추진기의 기진력이 장비하부 데크를 통하여 장비에 과도 진동을 유발하는 경우가 많다. 따라서 본 연구에서는, 선박에 탑재되는 장비 마운팅 시스템의 진동 성능을 평가할 수 있도록 고유진동해석, 전달율계산, 강제진동해석 등을 수행할 수 있는 프로그램을 개발하였고, 선내 주요기진원과 장비의 공진시 공진회피를 위한 마운트 설계 변경 프로그램과, 그리고 장비 마운트 하부데크의 진동에 의한 장비의 무게중심에서 속도응답이 최소가 되도록, 마운트 강성을 결정하는 최적화 프로그램을 개발하였다.
일반적으로, 선박에 탑재되는 장비의 진동문제는 장비자체의 기진력에 의한 진동문제뿐만 아니라 외부기진력인 주기관과 추진기의 기진력이 장비하부 데크를 통하여 장비에 과도 진동을 유발하는 경우가 많다. 따라서 본 연구에서는, 선박에 탑재되는 장비 마운팅 시스템의 진동 성능을 평가할 수 있도록 고유진동해석, 전달율계산, 강제진동해석 등을 수행할 수 있는 프로그램을 개발하였고, 선내 주요기진원과 장비의 공진시 공진회피를 위한 마운트 설계 변경 프로그램과, 그리고 장비 마운트 하부데크의 진동에 의한 장비의 무게중심에서 속도응답이 최소가 되도록, 마운트 강성을 결정하는 최적화 프로그램을 개발하였다.
This study is performed to evaluate and design the vibration characteristics of the onboard machinery with resilient mountings. To reduce the vibration revel of onboard machinery with resilient mountings, it is important to evaluate and, if necessary modify vibration characteristics of the resilient...
This study is performed to evaluate and design the vibration characteristics of the onboard machinery with resilient mountings. To reduce the vibration revel of onboard machinery with resilient mountings, it is important to evaluate and, if necessary modify vibration characteristics of the resilient mountings. In this study we have developed a program to calculate natural frequencies of the machinery with resilient mountings, forced vibration levels due to internal excitation force of the machinery itself and external excitation forces of the main engine and the propeller, and the force and motion transmissibility of the resilient mountings. The developed program can be also applied to optimal design of the resilient mountings for obtaining a target natural frequency and for achieving a minimum forced vibration level at the center of gravity of the machinery.
This study is performed to evaluate and design the vibration characteristics of the onboard machinery with resilient mountings. To reduce the vibration revel of onboard machinery with resilient mountings, it is important to evaluate and, if necessary modify vibration characteristics of the resilient mountings. In this study we have developed a program to calculate natural frequencies of the machinery with resilient mountings, forced vibration levels due to internal excitation force of the machinery itself and external excitation forces of the main engine and the propeller, and the force and motion transmissibility of the resilient mountings. The developed program can be also applied to optimal design of the resilient mountings for obtaining a target natural frequency and for achieving a minimum forced vibration level at the center of gravity of the machinery.
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문제 정의
본 연구에서는 선내 탑재 마운트 시스템의 성능을 평가하고 설계를 변경할 수 있는 시스템을 개 발하였다. 본 프로그램의 장점은 GUI 환경으로 개발되었으므로 설계자들이 손쉽게 이용할 수 있고, 시운전시 선내 주요기진원과 공진에 의해 장 비에 과도 진동이 발생한 경우 마운트 시스템의 고유진동수를 쉽게 변경할 수 있으며, 최적설계시 유전자 알고리즘을 사용하였으므로 국소해에 빠질 위험이 적다.
본 연구에서는, 방진 마운트를 장착한 장비의 전체시스템에 대한 고유진동해석, 전달율계산, 강제진동해석 등을 수행할 수 있는 프로그램을 개발하였고, 선내 주요 기진원과의 공진시 공진회피를 위한 마운트 설계 변경 프로그램을 개발하였으며 실제 선박에 적용한 결과를 비교 검토하였다. 그리고 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)을 이용하여 마운트 흐류의 변위가진에 의한 장비의 속도응답이 최소가 되도록 마운트 강성을 결정하는 최적화 프로그램을 개발하였다.
가설 설정
마운트 시스템의 운동방정식은 장비를 강체로 가정하여 무게중심에서 6자유도계의 강체운동을 하는 것으로 가정하였다. 시운전시 계측된 각 마 운트에서의 가속도를 입력으로 하여 목적함수인 장비의 무게중심에서의 속도응답을 최소화하는 마 운트의 강성값을 찾아내도록 한다.
제안 방법
본 연구에서는, 방진 마운트를 장착한 장비의 전체시스템에 대한 고유진동해석, 전달율계산, 강제진동해석 등을 수행할 수 있는 프로그램을 개발하였고, 선내 주요 기진원과의 공진시 공진회피를 위한 마운트 설계 변경 프로그램을 개발하였으며 실제 선박에 적용한 결과를 비교 검토하였다. 그리고 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)을 이용하여 마운트 흐류의 변위가진에 의한 장비의 속도응답이 최소가 되도록 마운트 강성을 결정하는 최적화 프로그램을 개발하였다.
마운트 설치 목적은 전달력을 최소화하는 것이지만 시운전시 마운트 시스템에 과도진동이 발생하였을 경우, 고유진동수를 옮기는 것이 편리할 경우도 있다. 따라서 마운트 시스템의 목표 성능을 고유진동수와 전달율로하여 이를 만족하는 설계변수인 마운트의 강성과 위치를 결정하도록 한다. Fig.
따라서 시운전시 장비 마운트 하부의 응답을 측 정하고, 측정된 변위가진을 입력하여 장비의 무게 중심에서의 속도 응답값이 최소가 되도록 마운트 강성을 결정하는 최적화 프로그램을 유전자 알고 리즘을 이용하여 개발 하였다.
2은 마운트 설계 변수를 도출하는 알고리즘을 보여준다. 먼저 장비의 질량 및 질량관성 모멘트 무게중심의 위치 마운트의 수 등 마운트 장비의 제원을 입력하고 목표 성능을 고유진동수로 할 것인지 전달율로 할 것인지를 결정한다. 다음은 설계조건에 따라 마운트의 강성 및 위치인 설계변수를 정하고 초기치를 입력한 후, 설계목표 가 고유진동수인 경우 식(9), 전달율인 경우 식(10)을 이용하면, 설계 목표식을 설계변수인 마운트의 강성 K, k2, k3 및 위치 q를 포함한 비선형 연립 방정식을 구할 수 있다.
마운트 시스템의 운동방정식은 장비를 강체로 가정하여 무게중심에서 6자유도계의 강체운동을 하는 것으로 가정하였다. 시운전시 계측된 각 마 운트에서의 가속도를 입력으로 하여 목적함수인 장비의 무게중심에서의 속도응답을 최소화하는 마 운트의 강성값을 찾아내도록 한다. 이 목적함수가 유전자 알고리즘의 개체 적합도 평가에 사용된다.
이론/모형
다음은 설계조건에 따라 마운트의 강성 및 위치인 설계변수를 정하고 초기치를 입력한 후, 설계목표 가 고유진동수인 경우 식(9), 전달율인 경우 식(10)을 이용하면, 설계 목표식을 설계변수인 마운트의 강성 K, k2, k3 및 위치 q를 포함한 비선형 연립 방정식을 구할 수 있다. 이 비선형 연립 방정식을 수치해석용 Package인 IMSL의 비선형 연립방정식 Solver DNEQNF를 사용하여 해를 구하였다.
성능/효과
(1) 마운트 시스템의 고유진동해석, 전달율 계 산 및 강제진동응답 계산을 이용하여 선내 탑재 마운트 시스템의 성능을 평가할 수 있다.
(2) 시운전시 마운트 시스템에서 과도진동이 발생할 경우, 고유진동수를 이동하여 공진회피 설 계가 가능하다.
(3) 마운트 초기 설계시 유전자알고리즘을 이용한 마운트 최적설계프로그램을 이용하여, 선내 주 기진원에 의한 마운트하부 변위가진 특성을 고려한 마운트 최적설계 프로그램을 개발하였으며, 실선에 적용하여 그 효용성을 입증하였다.
본 연구에서는 선내 탑재 마운트 시스템의 성능을 평가하고 설계를 변경할 수 있는 시스템을 개 발하였다. 본 프로그램의 장점은 GUI 환경으로 개발되었으므로 설계자들이 손쉽게 이용할 수 있고, 시운전시 선내 주요기진원과 공진에 의해 장 비에 과도 진동이 발생한 경우 마운트 시스템의 고유진동수를 쉽게 변경할 수 있으며, 최적설계시 유전자 알고리즘을 사용하였으므로 국소해에 빠질 위험이 적다. 이 시스템은 다음과 같은 기능을 가지고 있다.
후속연구
(4) 향후 최적설계프로그램을 적용의 범위를 넓히기 위해서, 시운전시 선종별 마운트하부 변위 가진력의 측정을 통한 data base구축이 필요하며, 마운트의 비선형 특성 및 계측에 의한 마운트 의 동특성 추출에 관한 연구 및 마운트 지지부의 유연성 및 내부기진력을 고려한 마운트 최적설계 가 추후 과제로 남아있다.
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