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선체 구조 모델의 위상 정보 재구성을 통한 구조 해석 모델 생성

Generation of the Structural Analysis Model Through the Reconstruction of the Topological Information of the Hull Structural Model

大韓造船學會 論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.43 no.2, 2006년, pp.246 - 257  

노명일 (서울대학교 조선해양공학과) ,  유성진 (서울대학교 조선해양공학과) ,  이규열 (서울대학교 조선해양공학과 및 해양시스템공학 연구소)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the ship building industry, the generation of a structural analysis model, that is, a finite element model of a hull structure, has been manually performed by a designer and thus has required lots of time as compared with that of a mechanical part, because of many constraints, the complexity, and...

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문제 정의

  • 본 연구로부터 생성된 구조해석 모델이 보다 효과적으로 활용되기 위해서는 상용 구조 해석 시스템으로의 인터페이스 기능이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 생성된 구조해석 모델을 상용구조 해석 시스템인 PATRAN/NASTRAN 시스템의 입력 파일로 출력할 수 있는 기능을 개발하였다.
  • 한편, 본 저자들은 최근 초기 설계 단계에서 선박 전체에 대한 구조 모델을 효과적으로 생성할 수 있는 초기 선체 모델링 시스템을 개발한 바 있 다(Roh and Lee 2006). 따라서 본 연구에서는 이 시스템에 의해 생성된 선체 구조 모델을 기반으로 하여 구조해석 모델을 자동 생성하는 방법을 제 안하였다. 즉, 선체 구조 모델의 위상 정보 재구성을 통한 구조해석 모델(전선/화물창)의 생성 방법 을 제안하였다.
  • 먼저 선체 구조 모델과 구조해석 모델의 차이 점에 대해 간단히 알아보자. Fig.
  • 구조해석 모델은 그 활용 시점에 따라 전선/화 물창/국부/피로 구조 해석 모델 등으로 구분되며 일반적으로 요소의 크기에 차이점이 존재한다. 본 연구에서 제안한 구조해석 모델의 생성 방법은 전선 구조 해석 모델과 화물창구조 해석 모델을 생성하는데 일차적인 목표를 두고 있다. 전선 구조 해석 모델의 경우 요소 하나의 크기는 보강재 간격의 2〜3배이며, 화물창구조 해석 모델의 경우 요소 하나의 크기는 보강재 간격과 동일하다.
  • 본 연구에서는 설계자의 수작업에 의존하던 기존의 구조해석 모델의 생성 작업을 자동화하기 위해 선체 구조 모델의 위상 정보를 재구성함으로써 구조해석 모델을 자동 생성할 수 있는 방법을 제안하였다. 또한, 설계자의 의도에 따라 전선 및 화물창구조 해석 모델을 생성하기 위해 부재의 선택 기능과 가상 접합선의 추가 기능을 개발하였으며, 상용 구조 해석 시스템과의 인터페이스를 위해 구조해석 모델을 PATRAN/NASTRAN 시스템의 입력 파일로 출력할 수 있는 기능을 개발하였다.
  • 10의 'Panel 2'와 같이 보강재의 관통을 위해 슬롯 홀이 존재하는 횡판의 경우 이 판 위에 설치되는 접합선은 이 판의 경계와 만나지 않으며 결과적으로 요소들이 생성되지 않는다. 이를 해결하기 위해서 본 연구에서는 선체 구조 모델을 이상화(idealization)하여 구조해석 모델이 올바르게 생성될 수 있도록 하는 방법을 개발하였 다.

가설 설정

  • 이 단계의 상세한 과정은 다음과 같다. (1) 하나의 꼭지점을 임의로 선택하여 seed 절점이라 가정한다 (“seed 절점의 결정”). Fig.
  • 이해의 편의를 위해 Fig. 8(a)에서와 같이 판의 최외곽 경계는 네 개의 모서리('터', 'E2', 'E3', 'E4')로 구성되어 있고, 각 접합선은 하나의 모서리 ('E5': 'Fillset seam 1', 'E6': * Fillet seam 2', 'E7': 'Fillet seam 3', 'E8': '티let seam 4', 'E9': 4Fillet seam 5')로 구성되어 있다고 가정한다. 두 번째 단계(Fig.
  • 10(d)에서와 같이 판의 최외각 경계와 만나지 않은 모서리가 존재할 경우, 모서리의 해당 꼭지점 을 이 점에서 가장 가까운 판의 최외각 경계상의 절점까지 연장시키게 된다. 선체 구조 모델내의 접합선을 임시로 연장시킴으로써 구조해석 모델 이 생성되도록 하는 이러한 과정을 본 연구에서는 선체 구조 모델의 이상화라고 가정하였다. 마지막 으로 Fig.
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참고문헌 (9)

  1. 김인일, 최중효, 조학종, 서흥원, 2005, '선박의 전선 해석 모델링 시스템을 위한 자료 구조와 요소 생성 알고리즘 개발,' 한국CAD/CAM학회 논문집, 제 10권, 제 1호, pp. 61-69 

  2. 김종현, 이정렬, 염철웅, 손호철, 2001, '홀드 구조 해석 시스템 개발,' 대한조선학회 선박설계 연구발표회, pp. 199-210 

  3. 박성환, 신종계, 1992, '유조선 구조 해석을 위한 유한 요소 입력 자동화 프로그램의 개발,' 대한조선학회 논문집, 제 29권, 제 3호, pp. 149-156 

  4. 박성환, 신종계, 1994, '선체 중앙부 유한 요소 구조 해석을 위한 입력 자동화,' 대한조선학회 논문집, 제 31권, 제 4호, pp. 99-108 

  5. 염재선, 1995, 객체 지향 개념을 이용한 이중 선각 유조선의 모델링과 구조 해석 모델의 자동 생성에 관한 연구, 박사학위논문, 서울대학교 

  6. 이명기, 1995, VLCC 구조 해석용 유한 요소 모델 자동 생성 프로그램 개발, 석사학위논문, 서울대학교 

  7. 장범선, 서용석, 김은기, 이태희, 장기복, 송유석, 전민성, 2004. '화물창/전선 FE 자동 모델러를 포함한 통합 구조 해석 시스템 개발,' 대한조선학회 추계 학술대회 논문집, pp. 1-16 

  8. 최우영, 이규열, 노명일, 2005. '선체 구조와의 연관성을 고려한 쾌속 배관 모델링 방법,' 2005 대한조선학회 추계학술대회 논문집, pp. 553-560 

  9. Lee, S.H. and Lee, K., 2001, 'Partial Entity Structure: A Compact Boundary Representation for Non-manifold Geometric Modeling,' ASME Journal of Computing & Information Science in Engineering, Vol. 1, NO.4, pp. 356-365 

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