조합하중을 받는 연속보강판의 좌굴 및 붕괴거동 평가 Estimation of buckling and collapse behaviour for continuous stiffened plate under combined transverse axial compression and lateral pressure원문보기
압축하중 및 횡하중의 조합하중을 받는 연속 보강판넬의 좌굴강도 및 최종강도의 평가는 선체구조 안정성을 재고하는데 아주 중요한 요소이다. 예를들면, 선박의 공창 상태에서 선체외판은 수압하중에 의해서 파생되는 횡방향 면내 압축하중과 선체외판에 작용하는 횡하중은 대표적인 하중 성분이다. 지금까지의 대부분의 연구 결과들은 실험테스트 및 이론석인 접근 그리고 수치계산 방법에 의해서 수행되었으며, 단일 판 또는 보강판의 조합하중에 대한 많은 업적들이 있다. 그러나, 이들 중 대부분의 연구는 종방향 면내 압축하중과 횡하중에 의한 연구결과가 대부분이며, 횡방항 면내 압축하중과 횡하중에 대한 결과들은 상대적으로 많지가 않다. 게다가 이전의 연구들은 주고 네변 단순지지된 판부재를 고려하였으나, 실제의 구조를 고려해보면, 횡방향 프레임과 종방향 거더들이 교차되어 있는 보강 판넬 구조이다. 본 연구는, 3척의 실적선에서 얻은 이중저 판넬 모델을 적용하고, 횡하중의 크기를 변수로 한 탄소성대변형 유한요소해석을 수행하였다. 이러한 여러 가지 수치 해석을 통하여, 횡하중의 크기 변화에 대한 영향과 횡방향 압축하중이 작용하는 붕괴 매커니즘에 대해서 고찰하였다.
압축하중 및 횡하중의 조합하중을 받는 연속 보강판넬의 좌굴강도 및 최종강도의 평가는 선체구조 안정성을 재고하는데 아주 중요한 요소이다. 예를들면, 선박의 공창 상태에서 선체외판은 수압하중에 의해서 파생되는 횡방향 면내 압축하중과 선체외판에 작용하는 횡하중은 대표적인 하중 성분이다. 지금까지의 대부분의 연구 결과들은 실험테스트 및 이론석인 접근 그리고 수치계산 방법에 의해서 수행되었으며, 단일 판 또는 보강판의 조합하중에 대한 많은 업적들이 있다. 그러나, 이들 중 대부분의 연구는 종방향 면내 압축하중과 횡하중에 의한 연구결과가 대부분이며, 횡방항 면내 압축하중과 횡하중에 대한 결과들은 상대적으로 많지가 않다. 게다가 이전의 연구들은 주고 네변 단순지지된 판부재를 고려하였으나, 실제의 구조를 고려해보면, 횡방향 프레임과 종방향 거더들이 교차되어 있는 보강 판넬 구조이다. 본 연구는, 3척의 실적선에서 얻은 이중저 판넬 모델을 적용하고, 횡하중의 크기를 변수로 한 탄소성대변형 유한요소해석을 수행하였다. 이러한 여러 가지 수치 해석을 통하여, 횡하중의 크기 변화에 대한 영향과 횡방향 압축하중이 작용하는 붕괴 매커니즘에 대해서 고찰하였다.
Estimation of the buckling and ultimate strength of a continuous stiffened plate subjected to combined transverse compression and lateral pressure is of high importance to ensure the safety of ship structures, particularly for the bottom plating under a deep draft condition For example, bottom plati...
Estimation of the buckling and ultimate strength of a continuous stiffened plate subjected to combined transverse compression and lateral pressure is of high importance to ensure the safety of ship structures, particularly for the bottom plating under a deep draft condition For example, bottom plating of bulk carriers is subjected to transverse thrust caused by the bending of double bottom structure and the direct action of pressure on the side shells. Most of experimental tests, theoretical approach and numerical researches have been performed on the buckling and ultimate strength behaviour of plates or stiffened plates under combined compression and lateral pressure. With regard to stiffened panels, however, most of studies have been concerned with the load conditions of combined longitudinal thrust and lateral pressure, while fewer studies have been performed for the combined transverse thrust and lateral pressure. In addition, the previous researches are mainly concerned with an isolated rectangular plate simply supported along the all edges, whereas actual ship plating is continuous across the transverse frames and heavy girders. In the present paper, a series of elastoplastic large deflection FEA on a continuous stiffened plate is performed and then clarify the characteristic of collapse mode and explain the effect of transverse compression.
Estimation of the buckling and ultimate strength of a continuous stiffened plate subjected to combined transverse compression and lateral pressure is of high importance to ensure the safety of ship structures, particularly for the bottom plating under a deep draft condition For example, bottom plating of bulk carriers is subjected to transverse thrust caused by the bending of double bottom structure and the direct action of pressure on the side shells. Most of experimental tests, theoretical approach and numerical researches have been performed on the buckling and ultimate strength behaviour of plates or stiffened plates under combined compression and lateral pressure. With regard to stiffened panels, however, most of studies have been concerned with the load conditions of combined longitudinal thrust and lateral pressure, while fewer studies have been performed for the combined transverse thrust and lateral pressure. In addition, the previous researches are mainly concerned with an isolated rectangular plate simply supported along the all edges, whereas actual ship plating is continuous across the transverse frames and heavy girders. In the present paper, a series of elastoplastic large deflection FEA on a continuous stiffened plate is performed and then clarify the characteristic of collapse mode and explain the effect of transverse compression.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문은 목포해양대학교 해양레저 활성화를 위한 레저 보트 산업 지역혁신체제 구축 사업단의 연구비 지원과 지식경제부와 한국산업기술재단의 지역혁신인력양성사업으로 수행된 연구 결과임을 밝혀둔다.
본 연구 논문은 선체의 이중저 구조를 이루고 있는 보강판넬에 작용 가능한 하중을 고려하여, 최종한계상태설계법에 기반을 둔 좌굴 및 붕괴거동의 특성에 대한 연구결과를 제시하였으며, 과거에 많은 부분 언급되지 않았던 조합하중 성분인 횡하중과 횡방향 면내 압축하중에 대한 붕괴거동에 대해서 특성을 파악하였다. 특히, 해석모델은 최근 개정된 CSR 기준에 의해 설계되어진 실적선의 데이터를 적용하여, 최신의 경향을 반영하였다.
가설 설정
05x/32><t를 적용하였다(박, 2006). 보강재의 부가 횡처짐량如為叩)은 주로 전체적인 처짐(Global deflection)이며, 판재의 길이 함수로 표현하여 0.0015 X a으로 정의하였고, 마지막으로 종보강재의 국부좌굴모드(y+z방향) 의 처짐 량(i0g)은 03015X a 만큼 사용하였으며 보강재의 부가처짐 량과 같은 모드수가 되도록 가정하였다. 따라서전체 처짐모드는 Wopl, Wosx, Wsw 인 세 개 모드를 각각의 부재에 적용하였으며, 이러한 가정 좌굴 모드는 연속적으로 발생하게 되어 있다.
따라서전체 처짐모드는 Wopl, Wosx, Wsw 인 세 개 모드를 각각의 부재에 적용하였으며, 이러한 가정 좌굴 모드는 연속적으로 발생하게 되어 있다. 용접이나 절단 등에 의한 열 가공 작업으로인한 초기결함의 효과를 초기 변형량으로 가정하고, 잔류응력의 효과는 고려하지 않았다.
제안 방법
보강 판넬의 네변 모서리는 연속적인 좌굴 붕괴거동을 재현하기 위해서, 길이 방향/폭 방향 대칭조건을 적용하였다. 또한 모델의 정중앙 한 개의 노드에는 X, Y변위구속을 적용하여, 강체 변위 거동을 방지하였다.
" data-ocr-fix="">수 있다. 본 논문에서는, 국제 공통규칙(CSR)기준으로 설계된 두가지 선종에서 3가지 이중저 모델을 선정하고, 횡압력의 값을설계변수로 하여, 비선형 좌굴 및 압축 최종강도 붕괴 해석을수행하였다. 특호】, 횡프레임은 직접 모델링하여, 표현하였으며, 면내압축 및 횡하중이 작용 시 연속거동을 하도록 모델링 되어 있다.
본 논문에서의 유한요소해석 코드는 비선형 상용유한요소해석 프로그램인 ANSYS V.10을 사용하였으며, 모든 구조 요소는 쉘(shell-181) 요소로 모델링 하였다. 한 개의 쉘 요소는 4 개의 절점을 가지고 있으며, 각 절점당 6자유도(변위:x, y, z 회전:伐r, 佻를 가지고 있다.
메쉬의 수가 적을수록압축최종강도는 높게 평가되고 있으며, C 조건부터 메쉬수가증가하더라도 압축최종강도는 일정한 값으로 수렴하고 있다. 이러한 결과를 바탕으로 하여, 플랜지의 경우, 100mm를 4개로분할하고, 웹의 경우, 300mm를 기준으로 7개, 그리고, 판 부재의 유한요소 개수는 이와 동일한 치수로 계산하여 적용하였다.
한 개의 쉘 요소는 4 개의 절점을 가지고 있으며, 각 절점당 6자유도(변위:x, y, z 회전:伐r, 佻를 가지고 있다. 조합하중에 의한 구조물의 좌굴변형을 정확하게 표현하기 위해서, 시리즈해석 전에 유한요소의 분할조건에 대한 조사를 통하여, 최적의 요소 개수를 조사하였다.
파악하였다. 특히, 해석모델은 최근 개정된 CSR 기준에 의해 설계되어진 실적선의 데이터를 적용하여, 최신의 경향을 반영하였다.
대한 기하학적 모델정보를 나타내고 있다. 한 개의 선종마다 4개의 해석으로 분류되며, 횡압력의 크기 변화에 대한 영향을 확인하기 위하여, 횡압력의 값을 변화하였다. ID1 부 터 4까지의 모델은 170K 산적화물선의 모델정보이며, ID5부터 8번 까지의 제원은 318K 급 대형유조선의 이중저 판넬 모델이다.
력(P)이 선박의 흘수에 비례하여 외판 전체에 걸쳐서 균일하게 분포하중으로 작용되며, 그 이후 횡방향(Y-direction) 면내압축하중이 작용하는 조합하중 조건이다. 횡하중의 최대 크기 산정은 초대형유조선(ultra large cnide carrier)의 만재흘수(246m) 값을 선정하였으며, 횡방향 압축하중의 크기는 각부재의 두께마다 항복응력을 곱한 값을 적용하였다.
대상 데이터
이러한 이유는 선박의 전체적인 용량 (capacity)에 비례하기 때문이다. 1D9부터 12번의 데이터는 105K 유조선모델의 정보이며, 고려된 선박 중 가장 작은 선종이다.
한 개의 선종마다 4개의 해석으로 분류되며, 횡압력의 크기 변화에 대한 영향을 확인하기 위하여, 횡압력의 값을 변화하였다. ID1 부 터 4까지의 모델은 170K 산적화물선의 모델정보이며, ID5부터 8번 까지의 제원은 318K 급 대형유조선의 이중저 판넬 모델이다. 특히, 타 선종에 비해서 종방향 보강재의 플랜지 두께가 상당히 두껍게 설계되어져 있는 특징을 지니고 있으며, 보강재 크기가 상당히 크다.
정보를 나타내고 있다. 고장력강(AH-32) 계열을 사용하였으며, 물성치는 균일 등방성 재료로 고려하였다.
l의 그래프는 위의 유한요소 개수에 따른 압축최종강도변화를 나타내고 있다. 모델은 플랜지 폭(如)이 100mm, 보강재의 웹 높이(九。)300mm 의 경우에 대해서 조사하였으며, 메쉬수의 변화를 5가지 종류로 채택하였다. 메쉬의 수가 적을수록압축최종강도는 높게 평가되고 있으며, C 조건부터 메쉬수가증가하더라도 압축최종강도는 일정한 값으로 수렴하고 있다.
즉, 길이방향으로는 연속 2bay 거동을 묘사하며, 판 폭 방향으로는 판 폭의 절반과 같은 좌굴에 의한 붕괴 형상을 재현할 수가 있다. 해석에 사용된 모델은 3 가지 실선의 데이터를 적용하였으며, 각 선박의 크기와 종류에 따라서, 보강재의 간격 및 보강재의 기하학적 물성치, 횡 프레임의 물성치가 각각 다르게 적용되었다.
이론/모형
법이다. 본 해석에서는 수정된 뉴튼랍슨 증분법에 아크렝스법을 혼용하여 미리 설정한 수렴조건에 만족하는 해를찾아가도록 설정하였다(박, 2006). 매 계산 스텝의 수렴조건은하중과 모멘트의 평균 오차가 0.
성능/효과
(1) 횡방향 면내 압축하중 조건이 지배적인 경우, 보강판넬구조는 좌굴발생에 의해서 압축 최종강도는 상당히 낮게 나타남올 알 수가 있었다. 또한 실적선의 종류 및 크기에 따라서, 보강재의 치수 및 횡프레임의 치수가 다르며, 이의 조합비 구성에 따라서, 위와 같은 조합하중을 고려하였을 경우, 압축 붕괴 거동 특성은 상당히 민감하게 나타나고 있다.
(2) 횡방향 면내 압축을 고려한 경우, 횡하중의 크기 변화에 대한 영향은 그다지 크지 않았다.
횡압력 작용 후, 횡방향 면내 압축하중이 작용하게 되면, 압축 붕괴거동은 거의유사한 경향으로 나타나게 되는 특징을 가지고 있다. 그러나, 횡압력(0.15MPa)과 종방향 압축하중을 고려한 조건(ID_L10) 에서는 압축최종강도 거동에서 면내강성 감소가 거의 나타나지 않으며, 최종강도 또한 크게 증가함을 알 수가 있、다. 즉, 횡하중이 작용할 경우에는 외판부재에 처짐과 응력발생이 일정하지 만, 압축하중의 작용 방향에 따라서, 좌굴에 의한 붕괴거동은 아주 상이하게 나타남을 나타내고 있다.
빠르게 진전한다. 횡압력(P=0.15MPa)를 고려하고, 종방향압축하중 조건(ID_L6)의 붕괴거동에서는 탄성기울기가 거의 선형을 나타내며, 횡방향 압축하중 조건을 고려한 경우보다 약 78%의 최종강도 증가를 나타내고 있다.
후속연구
향후 선체 보강 판넬 구조에서 횡방향 압축하중 성분에 대해서 강도의 증가 방안으로서는 snip type의 보강재를 보강재와 보강재 사이에 지지하는 역할로 배치하면, 보강재의 좌골방지에 따른 구조강성의 증감 효과를 기대할 수 있을 것이라고 사료된다.
면내 압축하중은 Y방향의 양쪽에서 분포하중으로 균일하게 작용하였으며, 하중 작용 시 네 변모 서리는 최종강도에 이르기 전 까지 직선을 유지하도록, 탄성 커플링 조건을 부여하였다. 향후 이 조건은 비선형 수렴 해석에서 각 수렴단계에서의 변위와 하중 데이터들을 자동으로 저장하는 기능을 하게 된다.
가지 기준들 및 관련 법들을 개정하고 있다. 현재에도 개정이 진행되고 있으며, 앞으로도 많은 부분에 대해서 보다 합리적이고 구조안정성 측면에 신뢰성이 보다 늪은 기준 및 연구 결과들이 제시 될 것으로 판단된다. 실제로, 2006년 4월부터는 IACS로부터 발효된 국제 선박공통규칙(CSR)의 적용으로 인하여, 산적화물선 및 유조선의 경우, 선체구조 설계 시 선체의 일부분에 대해서는 최종강도를 검토해야만 하는 최종한계 상태설계법이 실용화 되고 있다.
참고문헌 (4)
박주선，고재용，이준교(2005)，"종방향 압축력을 받는 선체판부재의 횡압력 영향에 관한 연구", 항해항만학회지，제29권，6호，pp.515-522
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.