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문제 정의
- 유빙(Growler 또는 Bergy-bit) 또는 평탄빙(Level ice)와의 충돌로 인한 빙해 선박의 손상은 선수보다는 선측에서 많이 발생하는 것으로 보고되었다(Min, 2011). 따라서 본 논문에서는 현재 운항중인 쇄빙선 선측 횡 늑골 구조(Transverse frame structure)의 내충격 특성을 관찰하기 위하여 충격 굽힘 실험이 실시되었다. 국내 유일의 연구 쇄빙선인 아라온호를 대상 선박으로 결정하였으며, 이 선박의 선측 횡 늑골 구조의 축소 모형을 설계 및 제작하였다.
- 이 축소 모형에 대한 충격 굽힘 실험의 전반적인 과정과 결과에 대하여 본 논문에서 소개하고자 한다. 또한 충격 굽힘 실험을 수치 해석적으로 재현하기 위하여 다양한 요소와 용접 각장의 효과에 대하여 논의하고자 한다. 마지막으로 변형률 속도가 내충격 특성을 향상 시키는 효과를 실험적 및 수치적 비교를 통하여 제시하고자 한다.
- 또한 충격 굽힘 실험을 수치 해석적으로 재현하기 위하여 다양한 요소와 용접 각장의 효과에 대하여 논의하고자 한다. 마지막으로 변형률 속도가 내충격 특성을 향상 시키는 효과를 실험적 및 수치적 비교를 통하여 제시하고자 한다.
- 본 연구의 제1편에서는 쇄빙선 선측 구조의 내충격 특성에 관한 실험적 연구를 수행하기 위한 선행 연구로서 극지용 강재 물성치를 실험적으로 도출하는 내용을 다루었다. 국내 철강사에서 개발된 극한지 선박용 고장력강인 EH32 및 FH32 강재를 대상으로 Charpy V-notch (CVN)실험과 준정적 인장 실험을 5개 온도 수준에 대하여 실시하였다.
- 국내 유일의 연구 쇄빙선인 아라온호를 대상 선박으로 결정하였으며, 이 선박의 선측 횡 늑골 구조의 축소 모형을 설계 및 제작하였다. 이 축소 모형에 대한 충격 굽힘 실험의 전반적인 과정과 결과에 대하여 본 논문에서 소개하고자 한다. 또한 충격 굽힘 실험을 수치 해석적으로 재현하기 위하여 다양한 요소와 용접 각장의 효과에 대하여 논의하고자 한다.
가설 설정
- 지그 수평판은 볼트를 이용하여 챔버 내부 정반 H-형강과 고정된다. 본 논문에서는 정반은 완전 강체라고 가정하여 수평판의 참조 절점에 완전 고정 경계 조건을 부여하였다(Fig. 11 (d)참조).
- 낙하 충격으로부터 보강판 시편을 고정시키기 위하여 시편의 좌우에 지그를 시편에 용접하여 지그를 볼트 고정하도록 하였다. 실제 구조물에서 횡 늑골은 스트링거(Stringer)나 갑판(Deck plating)에 의하여 고정 지지되는 것으로 간주될 수 있으므로 고정 지지는 타당한 가정으로 사료된다.
- 지그-볼트 연결부 및 시편-볼트 연결부의 응력 집중과 과대 변형을 방지하기 위하여 볼트 구멍 중심에 참조 절점을 생성하고, 구멍을 구성하는 종속 절점(원주에 위치한 절점)과 참조 절점을 강체 요소(Coupling)로 연결하였다. 여기서 종속 절점은 6자유도 변위가 모두 참조 절점에 종속된다고 가정하였다. 지그 수평판의 볼트 구멍도 수직판과 마찬가지로 강체 요소를 이용하여 구멍 중심의 참조 절점과 원주 절점을 연결하고 6자유도 변위를 종속하였다.
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