[논문]리프팅 러그 재사용율 제고를 위한 설계

김상일

doi:10.3744/snak.2003.40.4.059

문제 정의

4 참조). 또한 mesh 형상은 응력 집중과 접촉이 예상되는 부분은 세밀하게 분할하고, 전 모델에 걸쳐 육면체 요소로 분할함으로써 해의 정도를 높이고자 하였다.

가설 설정

리프팅 러그에 사용되는 재료는 일반적인 연강을 기준으로 하였고, 용착금속의 특성도 모재와 동일하다고 가정하였다. 본 해석에서 이용된 재료 특성치(material peopeity)의 입력 값은 다음과 같다 [3].
Fig. 5는 비선형 탄소성해석시에 사용된 연강에 대한 변형도 경화 모델(st「ain hardening model) 을 보여주고 있으며, 리프팅 러그 본체와 shackle pin 사이의 마찰은 없는 것으로 가정하였다.

제안 방법

것이다. 따라서 본 논문에서는 이의 내용에 근거하여 기존에 사용하던 리프팅 러그의 설계 변경을 추진하였고, 재사용 횟수의 증가를 고려하여 강도 계산법으로 리프팅 러그의 규격을 결정하였다(김영표 등 1993). 리프팅 러그의 두께는 잔재 사용 등을 고려하여 실 제작에서는 설계 두께보다 두꺼워 지는 경향이 있으므로 요구 두께에 근접하게 설정하였으며, 제작 원가의 감소를 위해 러그 본체 판의 두께를 증가시켜 덧판(doubler)과 bracket의 수를 최소화하였다.
따라서 본 논문에서는 이의 내용에 근거하여 기존에 사용하던 리프팅 러그의 설계 변경을 추진하였고, 재사용 횟수의 증가를 고려하여 강도 계산법으로 리프팅 러그의 규격을 결정하였다(김영표 등 1993). 리프팅 러그의 두께는 잔재 사용 등을 고려하여 실 제작에서는 설계 두께보다 두꺼워 지는 경향이 있으므로 요구 두께에 근접하게 설정하였으며, 제작 원가의 감소를 위해 러그 본체 판의 두께를 증가시켜 덧판(doubler)과 bracket의 수를 최소화하였다. 이를 기준으로 유한요소법을 이용한 탄소성해석을 수행하여 기존의 리프팅 러그와 개선된 리프팅 러그에 대한 강도를 검토하였다.
리프팅 러그의 두께는 잔재 사용 등을 고려하여 실 제작에서는 설계 두께보다 두꺼워 지는 경향이 있으므로 요구 두께에 근접하게 설정하였으며, 제작 원가의 감소를 위해 러그 본체 판의 두께를 증가시켜 덧판(doubler)과 bracket의 수를 최소화하였다. 이를 기준으로 유한요소법을 이용한 탄소성해석을 수행하여 기존의 리프팅 러그와 개선된 리프팅 러그에 대한 강도를 검토하였다.
본 연구에서는 리프팅 러그 중에서 특히 연간사용 점유율의 거의 대부분을 차지하고 있는 A-type과 BType의 러그를 대상으로 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 기하학적, 재료적인 비선형항을 포함한 비선형 탄 소성해석을 수행하였다.
의해 하중이 전달된다. 러Z1 본체 판의 두께는 shackle pin의 직경과 side force의 최대 작용 각의 크기에 의해 결정되는데, 본 논문에서는 두께 방향으로 작용하는 side force를 기존 모델에서는 30°를 적용하였으나 개선 모델에서는 20°를 적용하여 최종적인 두께를 결정하였다. Side force의 작용각에 따른 bracket을 최소화하기 우해 10-50 ton까지의 A-type 러그의 경우에는 side force 5°까지 bracket이 없는 구조로 설계하였으며, 그 이상의 각도에서는 바acket을 기존의 모델과 동일하게 양면으로 4개를 배치하였다 B-type 러그의 경우에는 bracket을 목 부분에만 양면으로 시공하였고, 러그 밑 부분의 bracket은 삭제하였다.
러Z1 본체 판의 두께는 shackle pin의 직경과 side force의 최대 작용 각의 크기에 의해 결정되는데, 본 논문에서는 두께 방향으로 작용하는 side force를 기존 모델에서는 30°를 적용하였으나 개선 모델에서는 20°를 적용하여 최종적인 두께를 결정하였다. Side force의 작용각에 따른 bracket을 최소화하기 우해 10-50 ton까지의 A-type 러그의 경우에는 side force 5°까지 bracket이 없는 구조로 설계하였으며, 그 이상의 각도에서는 바acket을 기존의 모델과 동일하게 양면으로 4개를 배치하였다 B-type 러그의 경우에는 bracket을 목 부분에만 양면으로 시공하였고, 러그 밑 부분의 bracket은 삭제하였다. B-type 러그 본체의 형상은 구조해석을 통해 전체 강도에 기여하는 정도가 미미한 동력이 거의 없는 부분은 경사를 주어 러그 밑 부분의 규격을 최소화하여 경량화하였다.
리프팅 러그의 높이는 재사용 횟수 증가를 목적으로 덧판의 규격 및 용접 작업성을 고려하여 절단량을 Xmm로 설정하였으며, 여기서 언급되지 않은 대부분의 기준은 리프팅 러그 설계 보고서에 따라 검토되었다.
1 과 2에 보여진 바와 같다. Fig. 3은 대상 모델 중에서 기존의 HB-A50과 HB-B50 리프팅 러그의 유한요소모델을 보여 주고 있는더L Fig. 3에서 알 수 있듯이 러그 본체에 대해서는 절점당 니X, uy, uz 자유도를 가지는 3차원 고체 요소를 사용하였으며, shackle pin은 rigid surfaced 모델링하였다(Fig. 4 참조). 또한 mesh 형상은 응력 집중과 접촉이 예상되는 부분은 세밀하게 분할하고, 전 모델에 걸쳐 육면체 요소로 분할함으로써 해의 정도를 높이고자 하였다.
따라서 새로운 러그 구조 개발을 위해서는 다양한 하부 구조의 체계적인 변화에 따른 검토를 통해 보다 완벽한 강도 점검이 수반되어야 하지만, 본 논문에서는 경계조건으로 극한의 상태를 가정하여 단순히 러그 하부의 모든 절점의 자유도를 구속하였다. 즉, 강체와 같이 매우 큰 강성의 물체에 매달린 상태로 평가하였다.
따라서 새로운 러그 구조 개발을 위해서는 다양한 하부 구조의 체계적인 변화에 따른 검토를 통해 보다 완벽한 강도 점검이 수반되어야 하지만, 본 논문에서는 경계조건으로 극한의 상태를 가정하여 단순히 러그 하부의 모든 절점의 자유도를 구속하였다. 즉, 강체와 같이 매우 큰 강성의 물체에 매달린 상태로 평가하였다.
실제 선체 블록의 반전 시에는 매 순간마다 작용하는 하중의 방향이 달라지게 되나, 본 해석에서는 각각의 리프팅 러그에 대한 side face의 작용 각을 2CT로 하였고, 또한 B-type 러그에 대해서는 반전 시의 각도를 73로 하였다. 이의 선정 이유는 이 때가 러그 본체 판의 용접부 끝단부에 최대 응력 집중을 일으키는 원인이 되기 때문이다.
3. B-type 리프팅 러그는 본체 판 뒷 부분의 불필요한 부분에 대해서는 경사를 두어 규격을 경량화하였으며, 또한 강도에 기여하는 정도가 미미한 러그 끝단부에 부착되는 bracket은 없애는 것으로 설계하였다.

대상 데이터

대상 모델은 현재 사용 빈도가 가장 많은 30 ton과 50 ton 기준 A—type과 B—type의 리프팅 러그를 채택하였으며, 대상 모델의 차원은 Fig. 1 과 2에 보여진 바와 같다. Fig.

이론/모형

기존의 리프팅 러그를 기준으로 사용 횟수 증가 및 경량화를 위한 리프팅 러그 설계는 강도 계산식을 이용하여 러그의 구조를 설계하였다. 이를 기준으로 유한요소법에 의한 구조해석을 통해 개선된 모델이 기존 모델에 비해서 강도 측면에서 문제가 되지 않는다는 사실을 알 수 있었다.

성능/효과

10, 11, 12, 13과 Table 2어서 알 수 있듯이 HB-B50, B30 리프팅 러그의 개선된 모델 또한 기존 모델에 비해서 강도 측면에서 불리하지 않다는 사실을 알 수 있으며, 이는 B-type 리프팅 러그의 사용 횟수를 현재의 2회에서 4회로 증가시켜도 무방하다는 것을 의미한다. 따라서 B-type 리프팅 러그의 개선된 모델은 기존 모델과 동일 한강도를 갖고 있다고 볼 수 있으며, 강재 절감 측면에 있어서도 상당히 유리하다는 사실을 확인할 수 있다.
이를 기준으로 유한요소법에 의한 구조해석을 통해 개선된 모델이 기존 모델에 비해서 강도 측면에서 문제가 되지 않는다는 사실을 알 수 있었다. 본 연구로부터 얻은 주요 결론은 아래와 같다.
1. 재사용 횟수 증가를 위한 개선된 리프팅 러그는 기존의 리프팅 러:그에 비해서 강도 측면에서 전혀 불리하지 않으므로 안전하다고 볼 수 있다.
2. HB-A20〜HB—A40 러그는 덧판을 2개에서 1개로 줄였으며, HB-A10-HB-A50 러그는 side force 5°까지는 다acket없이 설계하였다.
4. 두께가 80mm인 HB-B50, HB-B60 러그는 실 제작시 두께가 규정보다 증가되어, shackle pin 체결 시 문제가 발생되는 사례를 보완하고자 덧판의 두께를 40mm에서 30mm로 최적화하여 shackle pin 체결 작업을 용이하게 하였다.

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