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문제 정의
- 본 연구에 서도 내연적 방법 기반의 상용 프로그램(NASTRAN, ANSYS 등) 을 사용하여 해석을 시도하였으나, 상세 분할되어 100만개에 근 접한 요소 수를 갖는 대형 유한요소 모델에서는 계획된 하중 단 계까지 해석이 진행되지 못하고 해석 도중에 발산되었으며 모델 수정, 증분 방법 및 증분량을 조절하여도 발산되는 문제를 해결 하지 못히였다 이와 같은 원인으로는 프로그램의 계산 알고리즘 의 문제로 추측된다. 따라서, 본 연구에서는 일반적으로 해석의 정확도는 약간 낮으감차적분 요소 적용 등에 기인 되어) 해석 도중 발산되지 않는다고 알려진 외연적 방법 (LS-DYNA Explicit, LSTC, 2006)을 사용하여 비선형 유한요소 해석을 수행히였으며 그 결고를 CSR의 간이계산법 결과와 비교, 검토하였다
- 이에 따라, 현재 국제선급연합회(IACS)는 산적화물선과 탱 커선에 적용하던 공통구조규칙 (IACS, 2014)의 최종 종강도 요 건을 컨테이너선에도 적용하기 위하여 통일규칙 (IACS, 2000)을 개정 중에 있다. 본 연구는 CSR의 최종 종강도 계산에 사용되는 간이해석법을 사용하여 두 척의 크기가 다른 컨테이너선의 최종 종강도를 계산하고 이를 비선형 유한요소해석 결과와 비교하여 CSR의 간이해석법의 적용 가능성을 검증하고, 화물하중 및 수압 과 같은 면외 하중(out of plane load)에 따른 이중저 굽힘으로 인한 최종 종강도 감소량을 계산하여 이에 대한 안전계수를 제시하고자 하였다
- (Gannon, et 게, 2012). 본 연구에서는 사용된 유한요소 모델이 상당히 복잡하고 대형 모델이기 때문에 상세 분할 구간에 있는 모든 요소에 용접 잔류 응력에 해당하는 초기 응력을 전부 입력 하여 해석하는 것은 현실적으로 곤란하였다 따라서 초기 응력에 의한 최종 종강도 감소는 고려하지 않았으며 본 연구 이후 향후 과제로 수행하고자 하였다 (CSR에서는 초기 응력 또는 불확실한 요인으로 인한 최종 강도 감소에 대한 안전 계수로 1.1이 추가로 적용되고 있음).
- 본 연구에서는 선박의 실제 기하학적 상태를 반영하기 위하여, 유한 요소 모델에 건조 공차에 의한 초기결함을 반영히였다. (실제 완전한 모델에 대하여 압축 하중을 가할 경우 좌굴과 같은 기 하학적 대변형이 발생되지 않는 경우가 있기 때문에, 초기 결함 을 반영 함으로서 기하학적 대변형을 유발 시킬 수 있음).
가설 설정
- 본 연구의 하중조건은 순수 굽힘 조건(purbbending condition), 균일 적재 조건(homo loading condition) 및 격창 적 재 조건(one-bay empty condition) 이다. 면외 하중이 없는 순수 굽힘 조건은 CSR의 간이계산법 결과와 비교하여 비선형 유한요 소해석의 유효성을 검증하기 위함이며, 균일 적재 조건 및 격창 적재 조건은 운항 중인 컨테이너선을 가정한 하중조건으로 면외 하중으로 인한 이중저 구조의 굽힘을 유도하기 위함이다. 이중저 구조의 굽힘을 최대화 하기 위하여 이중저 내부에 평형수나 연료 등은 하중 조건에서 제외 하였다.
- 운항 중인 선박은 적하지침서(loading manual)에 명시된 바와 같이 선체 길이 방향으로 각 단면마다 단면 하중(sectional load, 굽힘 모멘트 및 전단력)의 크기가 다르다 따라서, 2~3개의 화물 창 길이로 제한된 화물창 유한 요소 모델에 대하여 하중 평형을 유치한 채 실제 단면 하중 분포를 구현하여 구조 해석 하는 것은 상당히 복잡한 절차가 요구된다(CSR의 직접 구조해석 절차 참 조.본 연구의 목적은 선체 거더의 최종 종강도 계산이므로, 성긴 (coarse) 분할 구역과 상세(fine) 분할 구역으로 결합된 유한요소 모델 전체에 대하여 정확한 하중평형 상태를 구현할 필요는 없 다 따라서, 선체 길이 방향의 각 단면에 동일한 크기의 굽힘 모 멘트가 작용하는 순수 굽힘으로 가정하였다.
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