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폭발하중 이력 특성에 따른 판 구조물의 동적응답 평가 - Part A: 폭발하중 특징 및 재하속도의 영향 분석 -
Dynamic Response of Plate Structure Subject to the Characteristics of Explosion Load Profiles - Part A: Analysis for the Explosion Load Characteristics and the Effect of Explosion Loading Rate on Structural Response - 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.28 no.2, 2015년, pp.187 - 195  

강기엽 (부산대학교 조선해양공학과) ,  최광호 (부산대학교 조선해양공학과) ,  류용희 (삼성중공업 판교 R&D센터) ,  최재웅 (삼성중공업 판교 R&D센터) ,  이제명 (부산대학교 조선해양공학과)

초록
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가스 생산용 해양플랜트 설비에서 발생할 수 있는 폭발사고의 경우, 구조 시스템의 기하학적 특성이나, 바람, 가스 누출율 등과 같은 환경적 조건에 의해 피해 규모의 범위가 상당하다. 따라서 폭발파에 의한 구조 부재의 응답을 분석하기 위해서는 이러한 조건들을 고려한 가스폭발 수치해석 과정이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 FPSO 탑사이드의 형상 및 장비 배치와 같은 세부적인 부분까지 고려하여 폭발해석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 획득한 하중 이력들의 특성을 분석하였다. 또한 다양한 형태로 나타나는 폭발하중 이력들 중 구조물 손상에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 최대 압력과 지속시간들을 고려하여 유한요소해석 시 하중조건으로 적용한 후, 부재의 응답특성에 관한 분석을 수행하였다. 유한요소해석 모델은 실제 구조물에 적용이 가능하고, 복잡한 형상을 이상화한 단 자유도 및 다 자유도 모델을 사용하였다. 정 압력 및 부 압력단계의 최대 압력이 증가함에 따라 구조 부재의 최대 응답이 증가하였고, 부 압단계에서 하중 지속시간이 증가함에 따라 구조물의 최대 변위가 증가는 경향을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The gas explosions in offshore installations are known to be very severe according to its geometry and environmental conditions such as leak locations and wind directions, and a dynamic response of structures due to blast loads depends on the load profile. Therefore, a parametric study has to be con...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 폭발하중 이력에서 재하속도가 크다는 것은 동일한 시간대에서 더 높은 압력까지 상승하거나 동일한 압력 수준까지 더 빠른 시간 내에 도달한다는 것을 의미하므로 구조부재의 동적응답에 직접적인 영향을 미친다고 할 수 있다. 따라서 재하속도에 따른 구조부재의 응답 평가가 필수적으로 요구되므로, 본 연구에서는 최대 하중의 크기가 동일하고 재하속도가 다른 세 가지 형태의 하중 모델에 대한 변위 응답특성을 분석하였다. Fig.
  • 본 연구에서 가스 폭발하중 이력을 획득하기 위해 사용한 FLACS의 경우 가연성 가스의 확산 및 폭발해석을 위한 전용 CFD 도구이며, 주로 해양 및 화학공정 관련 구조물의 위험성 평가도구로 사용되고 있다(Gexcon, 2009). 본 연구에서는 FPSO topside에서의 폭발 시나리오를 고려한 가스 확산 및 폭발해석을 수행하였다. Table 1에 제시한 시나리오에 따라 폭발파가 생성되며, 대상 구조물 내에서 사방으로 전파되어 계측되게 된다.
  • 따라서 공진 회피 설계는 구조 건전성을 확보하기 위해 필수적으로 고려되는 항목이며, 공진 회피를 위해 질량이나 강성 값 등을 조절하여 설계를 변경한다. 본 연구에서는 고유 진동수를 찾고 해당 모드에서 폭발하중에 의한 구조 시스템의 응답을 분석하기 위해 모드해석을 수행하였다. 다 자유도 시스템의 경우 집중 질량으로 표현된 절점의 수에 따라 모드 수가 결정되는데 wall과 같이 구조물의 동적응답이 단순한 형태에서는 1차 모드를 포함한 저차 모드들이 더 중요하게 고려된다.
  • 앞 절에서 최대 저항력 대비 정 압력 단계의 최대 압력이 커짐에 따라 단 자유도 시스템의 최대 응답 또한 더 커지는 것을 확인하였다. 본 절에서는 부 압력 단계의 최대 압력 크기에 따른 단 자유도 시스템의 최대 변위 응답특성에 관한 분석을 수행하였다. Fig.
  • 또한 폭발압력 산정에 주로 사용된 소프트웨어 중 ConWep의 경우 구조물의 형상특성이 반영되지 않는다. 이러한 부분들을 보완하기 위하여, 본 연구에서는 FLACS를 사용하여 대상 구조물의 세부적인 기하학 특성을 면밀히 반영하고 다양한 폭발환경 변수들을 고려하여 총 720가지의 폭발해석을 수행하였다. 또한 구조부재의 기하학적 특성에 따른 폭발 압 크기 및 부 압력 단계의 영향력을 분석하고 이를 반영한 부재들의 거동 특성을 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가스 생산용 해양 구조물에서 폭발 사고가 발생할 경우 더욱 위험한 이유는 무엇인가? 이 사고 이후, 해양구조물 발주처의 안전에 대한 관심도가 더욱 높아졌으며 근래에 제작되는 해양구조물의 경우 폭발하중에 대한 구조물의 건전성 평가가 필수적으로 요구되어 진다. 특히 가스 생산용 해양 구조물의 경우 연쇄 폭발로 이어질 수 있는 인화성 물질들을 다량 함유하고 있기 때문에 훨씬 더 위험한 상황이 연출될 수 있다. 이러한 폭발사고를 예방하는 방법에는 사고 발생 전과 후로 나누어, 폭발원인이 되는 요소를 원천 봉쇄하거나, 사고가 발생 한 후 그 피해를 최소화하는 방법이 있다.
폭발의 압력파 형태는 무엇에 영향을 받는가? 폭발은 근원이 되는 물질의 종류와 형태, 점화 위치, 폭발 파가 퍼져나가는 공간의 기하학적 특성 등에 따라 다양한 형태의 압력파가 발생되어 발산하게 된다. 최근 조선해양 산업에서는 고도의 기술력을 바탕으로 해양구조물의 기능 수행을 위한 설계 및 제작에 있어서는 기술적 문제가 적지만, 가동 환경에서 운용 중 발생할 수 있는 하중 요소들에 의한 파손이나 구조적 거동을 평가하기 위한 기술개발은 아직 미흡한 실정이다.
가동 환경에서 운용 중 발생할 수 있는 하중 요소들에 의한 파손 중 폭발의 영향을 예측하기 어려운 이유는 무엇인가? 최근 조선해양 산업에서는 고도의 기술력을 바탕으로 해양구조물의 기능 수행을 위한 설계 및 제작에 있어서는 기술적 문제가 적지만, 가동 환경에서 운용 중 발생할 수 있는 하중 요소들에 의한 파손이나 구조적 거동을 평가하기 위한 기술개발은 아직 미흡한 실정이다. 특히 폭발과 같은 사고 하중의 경우 원인이 되는 물질이나 환경 등에 따라 규모에 차이가 있으므로 사고 발생 후, 그 영향을 정확히 예측하는데 한계가 있다. 2010년 멕시코만에서 발생한 딥워터호라이즌호 사고는 심해 유정 내부에서 고압의 메탄가스의 급격한 분출로 인해 일어난 폭발사고로, 폭발사고에 의한 구조물 손상과 관련된 피해뿐만 아니라, 사고 후 유출된 원유로 인해 해양 생태계에 치명적인 피해를 입혔으며, 복구비용으로 천문학적인 액수가 투입되었다 (Norazahar, 2014).
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참고문헌 (15)

  1. Bjerketvedt, D., Bakke, J.R., Wingerden, K.V. (1997) Gas Explosion Handbook, J. Hazard. Mater., 52, pp.1-150. 

  2. Chopra, A.K. (2007) Dynamics of Structures Third Edition, Pearson International Edition, pp.1-865. 

  3. Dobashi, R., Kawamura, S., Kuwana, K., Nakayama, Y. (2011) Consequence Analysis of Blast Wave from Accidental Gas Explosions, Proc. Combust. Inst., 33, pp.2295-2301. 

  4. Gexcon (2009) FLACS v9.0 User's Manual, CMR Gexcon, pp.1-262. 

  5. Guowei, M., Jingde, L., Madhat, A.J. (2014) Accuracy Improvement in Evaluation of Gas Explosion over Pressures in Congestions with Safety Gaps, J. Loss Prev. Process Industries, 32, pp.358-366 

  6. Health & Safety Executive (2006) Design, Materials and Connections for Blast-Loaded Structures, Research Report 405, pp.1-80 

  7. Jianmin, L., Shibo, X., Feng, X. (2013) Simplified Model and Experimental Analysis of the Blast Wave Overpressure, J. Theor. & Appl. Inf. Tech., 48(2), pp.1231-36. 

  8. Jo, E.S., Kim, M.S., Park, J.Y., Lee, Y.K. (2014) Behavior of Prestressed Concrete Panels under Blast Load, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 27(2), pp.113-120. 

  9. Kwag, J.I., Kim, J.K., Park, J.H. (2008) The Dynamic Behavior of Steel Structure under Blast Load, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, pp.313-318 

  10. Lee, K.K., Kim, T.J., Kim, E.S., Kim, J.K. (2007) Behavior of Steel Columns subjected to Blast Loads, J. Korea Conc. Inst., 23(7), pp.37-44. 

  11. Norazahar, N., Khan, F., Veitch, B., Mackinnon, S. (2014) Human and Organizational Factors Assessment of the Evacuation Operation of BP Deepwater Horizon Accident, J. Satety Sci., 70, pp.41-49. 

  12. Nwankwo, E., Fallah, A.S., Langdon, G.S., Louca, L.A. (2013) Inelastic Deformation and Failure of Partially Strengthened Profiled Blast Walls, Eng. Struct., 46, pp.671-686. 

  13. Olave, R.H., Filippo, G., Parnkul, M. (2013) Equivalent Cloud Methods used for Explosion Risk and Consequence Studies, J. Loss Prev. Process Industries, 26, pp.511-527. 

  14. Wang, B.T., Cheng, D.K. (2008) Modal Analysis of mdof System by using Free Vibration Response Data only, J. Sound & Vib., 311, pp.737-755. 

  15. Yang, M., Ahmari, S. (2013) Investigation of Effect of Negative Phase of Blast Loading on Cable Net Curtain Walls through the Linearized Stiffness Matrix Method, Int. J. Impact Eng., 61, pp.36-47. 

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