[논문]이중 탄성지지 주기관 모듈의 MIL-S-901D 중중량 충격시험 수치 시뮬레이션

권정일; 이상갑; 정정훈

doi:10.3744/snak.2005.42.5.499

문제 정의

본 연구에서는 전술한 연구의 확장 연구로서 MIL-S-901D 중 중량 충격 시험기의 또 다른 하나인 LFSP에 탑재된 비선형 탄성마운트에 의해 이중 지지된 실제 함정 주기관 모듈에 대해 MIL-S-901D 중 중량 충격시험에서 규정하는 수중폭발 조건에 대한 충격응답 해석을 수행하였다. 해석에 있어서는 수중폭발 충격응답 해석을 위해 현재 가장 널리 사용되고 있는 프로그램의 하나인 LS-DYAN₃D/USA(Shin and DeRuntz 1996, 이상갑 등 2003, 정정훈 등 2000)을 사용하였다.

가설 설정

LS-DYNA3DB 이용한 이중탄성지지 장비 시스 템의 충격응답 해석을 위해서 장비의 강성이 탄성마운트에 비해 훨씬 크다는 것을 고려하여 각 body들을 6자 유도를 갖는 강체로 가정하였다. 탄성마운트들의 설치 위치를 고려하기 위해 Fig.

제안 방법

해석 결과를 대상 장비 제작사인 MTU사어서 계산한 결 고KMTU 1994)와 비교하였다. MTU사에서는 독일 해군의 함정용 충격사 양인 BV043(1985)에서 규정하는 시간 영역에서의 충격응 답 해 석방법을 사용하였으며, 전술한 바와 같이 해석에 사용된 충격하 중 시간 이력은 비밀로 취급되어 입수할 수가 없기 때문에 해석 결과만을 기준으로 본 연구 결과의 유용성을 간접적으로 검토하였다.
본 연구에서는 LS-DYNA/USA를 사용하여 이중탄성지지 함정, 주기관 모듈의 MIL-S-901D 중 중 량 충격 시험 수치 시뮬레이션을 수행하고, 장비 제작사에서 수행한 충격해석 결과와의 비교를 통해 그 유용성을 확인하였다.
한편, LFSP와 같은 부유구조물의 수중폭발 충격응답해석에 있어서는 충격파의 전파시 자유수면과 접수구조 표면 에서의 인장반사파(rarefaction wave)로 인하여 발생하는 광역 케비테이션(bulk cavitation)과 선각 케비테이션(hull cavitation)의 영향을 고려하여야 한다(이상 갑 등 2003).이를 위채 본 연구에서는 Fig. 8에 보인 바와 같이 LFSP 뿐만 아니라 주변 유체를 포함하여 3차원 유한 요소 모델링을 하였다. 3차원 유한 요소 모델의 전체 절점수(node)는 73, 120개, LFSP의 모델에 판(shell) 요소 11, 574개, 주변 유체의 모델링을 위해 음향(acoustic)체적요소 56, 872개, 그리고 유체 모델링에서 제외된 기타 유체 영역의 영향을 고려하기 위한 DAA 경계(Dwbly Asymptotic Approximation boundary segment)요소 7, 628개를 사용하였다.
함정의 전투능력과 생존성의 측면에서 수중폭발 충격 하중에 대하여 내 충격 안전성을 확보하는 것이 필수적이다. 이를 위해서 함정의 전투 및 운항성능에 필수적인 주요 탑재장비에 대해서는 원칙적으로 미국 해군의 탑재장비에 대한 충격시험사양인 MIL-S-901D(1989)에서 규정하는 충격시험을 통하여 대상 장비의 내충격 안전성을 검증하여야 한다. 국내의 경우 MIL-S-901D0IW 규정하는 중중량(heavy v^ight) 충격시험기가 없기 때문에 주기관(main engine)과 같은 중 중량 장비의 충격시험은 현재 불가능한 실정이다 (정정훈 등 1996).
이상의 모델링 방법의 정확도를 검증하기 위해 LS/DYNA3D를 이용한 해석 결과를 한국기계연구원에서 개발한 탄성.지 지 장비 시스템 해석 프로그램인 NLDA-REMSYS(정정훈 등 1996)을 이용한 해석 결과와 비교하였다.
3차원 유한 요소 모델의 전체 절점수(node)는 73, 120개, LFSP의 모델에 판(shell) 요소 11, 574개, 주변 유체의 모델링을 위해 음향(acoustic)체적요소 56, 872개, 그리고 유체 모델링에서 제외된 기타 유체 영역의 영향을 고려하기 위한 DAA 경계(Dwbly Asymptotic Approximation boundary segment)요소 7, 628개를 사용하였다. 저자들은 이러한 모델링 방법에 따라 LS-DYIWUSA를 사용한 중 중량 충격 시험 수치 시뮬레이션의 유용성을 선행 연구(권정일 등 2001a, 200lb)를 통해 혹인하였다.
충격응답 해석을 위한 수중폭발 조건으로서 Fig. 2와 같이 LFSP 측면 50ft(직하 20ft)에서 폭발하는 것이 탑재장비에 응답이 가장 크게 발생하는 폭발 조건이므로 본 연구에서는 이 조건을 선택하였다. 수중폭발에 의한 충격 압력 분포의 한 예를 Fig.
LS-DYNA3DB 이용한 이중탄성지지 장비 시스 템의 충격응답 해석을 위해서 장비의 강성이 탄성마운트에 비해 훨씬 크다는 것을 고려하여 각 body들을 6자 유도를 갖는 강체로 가정하였다. 탄성마운트들의 설치 위치를 고려하기 위해 Fig. 5와 같이 3차원 강체 블록으로 모델링하였다. 대상 장비의 관성 특성치를 Table 2에 정리하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 LFSP는 현재 MIL-S-901D 에서 규정하고 있는 LFSP와는 크기와 보강재 개수가 다소 다르며, 그 크기는 길이 50ft 5in, 폭 30ft 2"이다. LFSP의 가장 큰 구조적 특징은 SFSP의 이중저 구조와는 달리 내저판이 없는 단일 선 저구조로 되어 있으며, LFSP를 둘러싼 측판과 선저는 1.
8에 보인 바와 같이 LFSP 뿐만 아니라 주변 유체를 포함하여 3차원 유한 요소 모델링을 하였다. 3차원 유한 요소 모델의 전체 절점수(node)는 73, 120개, LFSP의 모델에 판(shell) 요소 11, 574개, 주변 유체의 모델링을 위해 음향(acoustic)체적요소 56, 872개, 그리고 유체 모델링에서 제외된 기타 유체 영역의 영향을 고려하기 위한 DAA 경계(Dwbly Asymptotic Approximation boundary segment)요소 7, 628개를 사용하였다. 저자들은 이러한 모델링 방법에 따라 LS-DYIWUSA를 사용한 중 중량 충격 시험 수치 시뮬레이션의 유용성을 선행 연구(권정일 등 2001a, 200lb)를 통해 혹인하였다.
본 연구에서 고려 중인 대상 장비는 한국 해군 함정에 탑재된 주기관 모듈(module)로써 Fig. 3에 보인 바와 같이 크게 주기관(body 2), Pedestal bearing(body 3)과 이들을 지지하기 위한 Base f「ame과 공기음을 차단하기 위한 Sound enclosure(body 1)의 3부분으로 구성되어 있으며, 9가지 종류의 총 72개의 비선형 탄성마운트 및 충격버퍼(shock buffer)에 의해 이중탄성지지 되어 있다. 3개의 body들 간에 연결된 탄성마운트의 개수 및 종류를 Table 1에 정리하였으며, 대표적인 탄성마운트들의 비선형 하중-변위 곡선을 Fig.

데이터처리

이상의 모델링 방법의 정확도를 검증하기 위해 LS/DYNA3D를 이용한 해석 결과를 한국기계연구원에서 개발한 탄성.지 지 장비 시스템 해석 프로그램인 NLDA-REMSYS(정정훈 등 1996)을 이용한 해석 결과와 비교하였다. 이를 위해 Fig.
해석에 있어서는 수중폭발 충격응답 해석을 위해 현재 가장 널리 사용되고 있는 프로그램의 하나인 LS-DYAN₃D/USA(Shin and DeRuntz 1996, 이상갑 등 2003, 정정훈 등 2000)을 사용하였다. 해석 결과를 대상 장비 제작사인 MTU사어서 계산한 결 고KMTU 1994)와 비교하였다. MTU사에서는 독일 해군의 함정용 충격사 양인 BV043(1985)에서 규정하는 시간 영역에서의 충격응 답 해 석방법을 사용하였으며, 전술한 바와 같이 해석에 사용된 충격하 중 시간 이력은 비밀로 취급되어 입수할 수가 없기 때문에 해석 결과만을 기준으로 본 연구 결과의 유용성을 간접적으로 검토하였다.

이론/모형

이하에는 본 연구의 대상 충격시험기인 LFSP에 대해서 간략히 소개한다. MIL-S-901。만으로는 LFSP에 대한 정확한 제원을 파악하기 어렵기 때문에 본 연구에서는 미국 해군 연구소에서 사용한 LFSP를 사용하였다 (Clements 1974).
본 연구에서는 전술한 연구의 확장 연구로서 MIL-S-901D 중 중량 충격 시험기의 또 다른 하나인 LFSP에 탑재된 비선형 탄성마운트에 의해 이중 지지된 실제 함정 주기관 모듈에 대해 MIL-S-901D 중 중량 충격시험에서 규정하는 수중폭발 조건에 대한 충격응답 해석을 수행하였다. 해석에 있어서는 수중폭발 충격응답 해석을 위해 현재 가장 널리 사용되고 있는 프로그램의 하나인 LS-DYAN₃D/USA(Shin and DeRuntz 1996, 이상갑 등 2003, 정정훈 등 2000)을 사용하였다. 해석 결과를 대상 장비 제작사인 MTU사어서 계산한 결 고KMTU 1994)와 비교하였다.

성능/효과

각 body들의 무게중심에 작용하는 최대가 속도 값은 MTU(1994)사의 연구결과와 매우 유사한 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 본 연구에서 제시한 해석 방법을 대상 장비와 같은 탄성 지지 장비 시스템의 내충격 안전성 평가에 유용하게 활용할 수 있으리라 판단된다.
11과 12에 각각 나타내었다. 이들 그 림에서 알 수 있듯이 탄성마운트들에 의해 충격하중의 고주파 성분이 사라지며, 탄성마운트의 에너지 횹수를 통해 장비에 작용하는 충격가속도는 LFSP의 충격가속도의 대략 1/10으로 감소함을 알 수 있었다.

후속연구

본 연구에서 제시한 해석방법은 탄성마운트 지지 장비 시스템의 내충격 안전성 평가뿐만 아니라 전선(whole ship) 충격응답 해석에 있어서 선체 구 조- 받침대-장비의 연성효과를 고려할 수 있는 모델링에 폭넓게 활용될 수 있으리라 판단된다.
각 body들의 무게중심에 작용하는 최대가 속도 값은 MTU(1994)사의 연구결과와 매우 유사한 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 본 연구에서 제시한 해석 방법을 대상 장비와 같은 탄성 지지 장비 시스템의 내충격 안전성 평가에 유용하게 활용할 수 있으리라 판단된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

이중 탄성지지 주기관 모듈의 MIL-S-901D 중중량 충격시험 수치 시뮬레이션
Numerical Simulation of MIL-S-901D Heavy Weight Shock Test of a Double Resiliently Mounted Main Engine Module 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

이중 탄성지지 주기관 모듈의 MIL-S-901D 중중량 충격시험 수치 시뮬레이션 Numerical Simulation of MIL-S-901D Heavy Weight Shock Test of a Double Resiliently Mounted Main Engine Module 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이상갑 (34) 정정훈 (27)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

이중 탄성지지 주기관 모듈의 MIL-S-901D 중중량 충격시험 수치 시뮬레이션
Numerical Simulation of MIL-S-901D Heavy Weight Shock Test of a Double Resiliently Mounted Main Engine Module 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper