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문제 정의
- 방열 패널들의 자체 강성은 선체에 비해 매우 작으며, 부착된 방열 패널들 사이에는 약간의 간격이 있고 이 간격은 부드러운 PUF로 채워지므로 패널들 간의 상호작용 역시 무시할 수 있는 것으로 판단하였다. 따라서 유빙 충돌 지점 부근의 선측 종통 스트링거 위에 위치하고 있는 대표적인 하나의 방열 패널만 상세하게 모델링함으로써 유빙 충돌 시 선측 구조와 방열 패널 자체의 국부적인 구조 거동을 정밀하게 검토하고자 하였다.
- 본 연구에서는 빙해를 운항하는 Mark III 멤브레인형 LNG 운반선의 선측 구조에 유빙이 충돌하는 경우, CCS와 선체의 구조적 안전성을 검토하기 위하여 유빙과 선체구조와의 상호작용을 효율적으로 해석하는 방안을 다루었다. 해석 시간의 대폭적인 단축을 위하여 유빙 충돌 부위의 국부적인 구조거동을 파악할 수 있는 한도 내에서 해석 범위를 최소화하는 한편, 복잡한 유탄성 해석 과정 대신 유빙 충돌 시 해수의 영향을 통상적인 부가수 질량으로 대체하는 방안을 제시하였다.
- 본 연구에서는 빙해역을 운항하는 Mark III 멤브레인형 LNG 운반선의 선측에 유빙이 충돌하는 경우, 범용 비선형 유한요소 구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 빙 충돌 거동을 시뮬레이션하고 선체 구조와 CCS의 구조적 안전성을 검토하는 방법을 제시하였다. 본 연구에서 적용한 방법은 다음과 같다.
가설 설정
- 2) 빙의 소성 거동과 경화 특성은 변형률 속도 의존성 거동을 고려하였다.
- 그러나 유빙의 수면 위 노출 높이가 2m 이하가 되면 항해자가 육안이나 레이더로 사전에 감지하기가 쉽지 않기 때문에 오히려 선박에 더 큰 위협이 될 수 있다(DnV, 2006). 따라서 본 연구에서는 빙충돌에 의한 선체의 변형이 선측 구조와 CCS의 구조 안전성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 Fig. 1과 같이 유빙이 Mark III 멤브레인형 LNG 운반선의 선측 구조에 1~3 m/s의 속도로 수직 방향으로 충돌하는 시나리오를 가정하였다.
- 본 연구에서는 기본적으로 빙이 탄소성 거동을 하는 것으로 간주하였다. 일반적으로 빙은 인장과 압축 시 항복응력이 각기 다른 취성재료의 특성을 보이고 있으나, 해석의 편의를 위하여 연성재료에 적합한 von-Mises 항복조건을 적용하였으며, 빙의 파괴 조건은 파괴 변형률 εf로 정의하였다.
- 유빙들이 선측 구조에 충돌하는 위치는 Fig. 4에 보인 것처럼 가장 취약할 것으로 짐작되는 선측 구조의 중앙부로 가정하였다. 이때 선측 구조의 경계조건은 4변의 모든 절점이 단순 지지된 것으로 간주하였다.
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