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문제 정의
- , 2006), 수치해석(Lubbad and Loset, 2011) 등 다방면으로 수행되고는 있지만 빙-선체 상호작용(Ice-ship interaction)에 대한 해석이 아직 충분히 정립되어 있지 못한 현실이다. 본 논문은 쇄빙연구선 아라온호의 선체 구조에 장착된 스트레인게이지를 이용하여 2015년 북극해 현장시험 시 선체에 작용한 국부 빙하중을 산정하는 방법에 대한 고찰이다. 현장시험을 통한 빙하중 산정은 실제 빙충격을 받는 선체구조의 안전 확보와 함께 현장계측에 소요되는 많은 비용 그리고 획득한 데이터 분석과 관련된 기술적 어려움이 존재하지만, 실선시험을 통해 확보된 빙하중 데이터는 공개된 사례가 많지 않아 더욱 중요한 자료이다.
- 스트레인게이지를 이용한 2015년 아라온호의 북극해 실선시험에서는 이전 실험과는 달리 선수부 늑골 부위에도 게이지를 설치하였는데 그 목적은 프레임에 작용하는 전단력을 통해 추정된 빙하중과 선체 외판에 받는 빙압력을 통해 추정한 빙하중을 비교하는 것이다. 오래 전부터 캐나다의 Canmar Kigoriak, 일본의 Soya, 핀란드의 Uikku호 등 선박에 늑골 부위에 전단변형을 계측할 수 있는 스트레인게이지를 설치하여 빙하중을 추정한 사례를 확인하였으나 자세한 계산방법이나 결과에 대해 제시된 것이 없다(Ghoneim et al.
- , 1984; Boersheim, 2007; Holm, 2012). 이런 배경으로 본 논문에서는 2015년 아라온호의 북극해 실선시험에서 계측한 스트레인게이지 데이터 분석을 통해 횡늑골 부위에 발생한 전단변형과 전단력 계산을 수행하였고 그 결과를 동일한 선체 외판 부위에 전달되는 국부 빙하중과 비교해 보았다.
가설 설정
- 얼음과의 충돌 시 선체 외판부에 설치된 1축 스트레인게이지로부터 얻어진 변형률 데이터는 변형이 탄성적이라고 가정하고 Hooke의 공식에 의해 선체 외판부의 응력으로 변환된다. 이렇게 계산된 선체 외판의 응력(Hull stress)은 영향계수행렬법(Influence matrix method)을 이용하여 선체 외판에 직접 작용 하는 압력을 계산할 수 있다(Lee et al.
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