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[국내논문] 국내 연안 카페리 차량 고박 장치 안전성에 관한 연구: 제I부 직접하중계산법을 이용한 선체 운동 가속도 산정
Study on Structural Safety of Car Securing Equipment for Coastal Carferry: Part I Estimation of Hull Acceleration using Direct Load Approach 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.30 no.6, 2016년, pp.440 - 450  

정준모 (인하대학교 조선해양공학과) ,  조희상 (인하대학교 조선해양공학과) ,  이경훈 (선박안전기술공단) ,  이영우 (선박안전기술공단)

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The capsizing and consequent sinking of a coastal car ferry was recently reported, with numerous human casualties. The primary cause was determined to be a sudden turn with improperly stowed and secured cargo. Part I of this study introduces how long term acceleration components are determined from ...

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문제 정의

  • 본 연구는 국내 연안 여객선의 변침 중 복원성 상실로 인한 전복과 이로 인한 막대한 인명 손실 사고로부터 화물 고박의중요성이 새로이 부각되는바, 화물 고박에 대한 체계적인 연구가 요구되었다. 따라서 본 연구의 주요 목적은 화물에 작용하는 외력을 산정하는 방법론의 타당성을 검증하고, 고박 안전도를 평가하는 것이다.
  • 본 논문의 제1부에서는 국내 연안 카페리에 대하여 내항성해석을 수행하고 이에 대한 통계적 분석을 통하여 선체 운동가속도의 장기 극한값을 추정하기 위한 과정을 소개하였다. 이렇게 도출된 가속도를 이용하여 고박 안전도를 평가하는 방법을 본 논문의 제2편에서 논의할 것이다.

가설 설정

  • 사실 실선의 운항 기록을 확인하는 것도 어렵지만, 운항 기록을 확인한다고 하더라도 실선의 운항 조건을 다양한 적재 조건을 보일 것이므로 만재 조건과 평형수 조건만으로 대별하기 어려움이 있다. 실제 카페리의 운항의 경우 공선 운항의 확률이 매우 작을 것이며, 따라서 본 연구에서는 본 연구에서는 비교적 큰 가속도를 나타낼 것으로 예상되는 만재 출항 조건을 80%, 평형수 출항 조건을 20%로 가정하였다.
  • 만재 출항 조건의 경우 25톤 트럭 5대와 승용차 22대가 적재된 경우를 가정하였다. Fig.
  • 5도 간격으로 고려하였다. 여기서 모든 입사각은 발현 확률이 같다고 가정하였다. 예를 들어 22.
  • 통상적인 선박은 5% 이상의 ζ(횡 동요 감쇠비, Damping ratio)를 가지는 것으로 알려져 있으나, 본 선박에 대한 횡 동요 감쇠에 대한 정보를 입수하기 어려워서 보수적 하중 산정을 위하여 2.5%의 감쇠비를 가정하여 broll(감쇠 상수, Damping constant)를 식 (3)을 이용하여 계산하였다.
  • 내항성 해석을 통한 가속도 산정을 위하여 만재 배수량 1,633톤급 연안 카페리를 대상 호선으로 선정하였으며, 평형수 출항 조건과 만재 출항 조건을 대표적인 하중 조건으로 선정하였다. 이때 하중 조건에 대한 확률을 각각 20%와 80%로 가정하였다. 또한 각 하중 조건에 대한 질량 분포를 복원성 계산서로부터 정리하여 현실과 근사한 하중 조건별 질량과 질량 2차 모멘트를 적용하였다.
  • 파향은 22.5도 간격으로 동등한 확률을 가지는 것으로 가정하였으며, 선속은 순항 속도인 10 knots(5.144m/s)를 적용하였지만, 선미파의 경우 음의 조우 주파수가 발생하지 않도록 선속을 적절히 감소시켰다. 이러한 조건을 적용하여 유체 동역학 주파수응답 해석을 실시하였으며, 유체 동역학 방사력 계수 행렬과 복원 강성 행렬, 파 강제력 행렬을 도출하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
IMO CSS(2011)에서 제공하는 것은? IMO CSS(2011)는 카페리와 같은 여객선의 고박 장치 안전도를 검증하기 위한 체계적인 과정을 제공한다. 그러나 IMOCSS(2011)에 기반한 카페리 적재 차량의 고박 안전도 평가는 외력 산정시 대양 항행 선박에 작용하는 관성력을 준용하므로 국내 연안을 항행하는 카페리에 적용하는 것은 현실적으로 불합리하다.
유의 파주기를 파정 주기나 영점 교차 주기로 변환할 필요가 있는 이유는? 식 (1)은 ISSC(The international ship and offshore structures congress) 표준 파랑 스펙트럼이며, 통상 수정된 P-M 스펙트럼(Modified Pierson-Moscowitz spectrum)으로 불리므로 하첨자PM을 사용하였다. 식 (1)과 같이 파랑 스펙트럼은 파정 주기(Peak period, Tp ) 또는 영점 교차 주기(Zero crossing period,Tz )의 형태로 표현되기 때문에 유의 파주기를 파정 주기나 영점 교차 주기로 변환할 필요가 있다. Kim(2008)은 식 (2)와 같은 간이식을 제안하였으며, 본 연구에서도 이를 이용하여 유의 파주기를 영점 교차 주기로 변환하였다.
본 연구에서는 본 연구에서는 비교적 큰 가속도를 나타낼 것으로 예상되는 만재 출항 조건을 80%, 평형수 출항 조건을 20%로 가정한 이유는? 두 조건의 기대 확률은 실선의 운항 기록으로부터 얻을 수 있지만, 이는 선사의 협력이 필수적이다. 사실 실선의 운항 기록을 확인하는 것도 어렵지만, 운항 기록을 확인한다고 하더라도 실선의 운항 조건을 다양한 적재 조건을 보일 것이므로 만재 조건과 평형수 조건만으로 대별하기 어려움이 있다. 실제 카페리의 운항의 경우 공선 운항의 확률이 매우 작을 것이며, 따라서 본 연구에서는 본 연구에서는 비교적 큰 가속도를 나타낼 것으로 예상되는 만재 출항 조건을 80%, 평형수 출항 조건을 20%로 가정하였다.
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참고문헌 (11)

  1. Altair, 2015. HyperWorks User Manual. 

  2. Ansys, 2015. Ansys/Aqwa User Manual. 

  3. Det Norske Veritas (DNV), 2003. LASHCON IMO User Guide. [Online] Available at: [Accessed September 2015]. 

  4. Germanischer Lloyd (GL), 2013. Rules for Classification and Construction. 

  5. Hwang, J.W., Yang, S.K., Hong, C.Y., Park, J.W., 2004. Development of Lashing Analysis Simulator for Container Vessel. Proceedings of 2004 Spring Conference of the Korean Society of Ocean Engineers(KSOE), Busan, Korea, 90-95. 

  6. International Maritime Organization (IMO), 2011. Code of Safe Practice for Cargo Stowage and Securing. 

  7. International Association of Classification Societies (IACS), 2015. Common Structural Rules for Bulk Carriers and Oil Tankers. [Online] Available at: [Accessed March 2015]. 

  8. Kim, J.H., 2008. Nonlinear Waves and Offshore Structures. World Scientific. 

  9. Korea Shipping Association (KSA), 2011. Information on Coastal Ferry Companies. 

  10. Shin, S.H., Hwang, G.H., 2014. Development of the Container Securing Program for Large Container Carriers. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 51(5), 362-368. 

  11. Turnbull, S.R., Dawson, D., 1997. The Securing of Rigid Semi-Trailers on Roll-on/Roll-off Ships. Journal of Mechanical Sciences, 39(1), 1-14. 

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