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문제 정의
- 비피괴 검사(nondestructive test)를 통해 선체 중앙부 갑판 및 선저 종보강재와 횡특설 늑골(transverse web frame)의 연결 브라켓에 다수의 균열이 발견되었다. 따라서 본 연구에서는 Fig. 7에 나타낸 선저 및 갑판 종보강재-브라켓을 대상으로 잔류 수명 평가를 실시하고자 한다.
- 복잡한 선체 구조에 발생한 균열의 진전 속도 및 잔여 수명을 최근 새로이 제시된 XFEM 방법론을 이용하여 평가하기 위한 연구를 본 논문에서 제시하였다.
- 5%이었다. 이를 통해 XFEM의 정확성을 검증하였고 본 논문의 대상인 노후 순시선에 대해 균열 진전 속도와 잔류 수명을 평가할 것이다.
가설 설정
- 1만큼 증가시켰다. Fig. 1에서 평판의 길이(L), 폭(2b) 및 두께(t)는 각각 100 mm, 25 mm 및 6 mm로 가정하였다. 이 평판에 응력비(stress ratio)가 0인 1MPa의 인장 하중 진폭(Δσm)을 가정하였다.
- 이에 대하여 Newman-Raju 간이식, J-적분 및 XFEM을 적용하여 SIF를 도출하고자 한다. 균열 깊이(a)와 평판 두께(t)의 비(a/t)를0.1-0.9로 가정하고, a를 a/t의 0.1만큼 증가시켰다. Fig.
- 1)로 가정하였으며, 이를 10%간격으로 90%까지 균열을 성장시키면서 SIF 및 균열 진전 수명을 예측하였다. 대상 구조에 작용하는 하중을 산정하기 위하여 장기 선체 종굽힘 모멘트가 와이블 분포를 따른다고 가정한 후 갑판과 선저에 상응하는 와이블 분포 모수를 참고문헌으로부터 결정하였다. 결정된 응력 범위 와이블 분포를 5구간으로 나누어 각 구간의 대표값을 XFEM 구조 해석 모델에 하중으로 적용하여 용접부 기하학적 형상에 따른 SIF를 도출하였다.
- 본 연구에서는 모수의 변화에 따른 와이블 분포를 관측하여, 0-10 MPa, 10-20 MPa, 20-30 MPa, 30-40 MPa 및 40-50MPa의 5구간으로 나누어 각 구간에 상응하는 대표 응력 범위를 선정하고 구간별 적분을 통하여 이에 대한 발현 확률을 결정하였다. 여기서 50MPa까지의 적분은 98%이상이었기 때문에 50MPa을 타당한 가정으로 판단하였다 (Fig. 8 참조).
- FB5로 정의한다. 예를 들어 FB1의 면적 중심 응력이 5.7 MPa이며 이 값이 FB1 구간에서는 일정하게 지속된다고 가정하였다. 또한 FB1에 상응하는 누적확률(plc)은 46%이다.
- 이 면내 하중을 산정하기 위해서 수직 굽힘 모멘트의 장기 분포 또는 이로 인한 면내 응력의 범위(Δσ)가 식 (14)와 같은 와이블 분포를 따른다고 가정하였다.
- 이 평판에 응력비(stress ratio)가 0인 1MPa의 인장 하중 진폭(Δσm)을 가정하였다.
- 로서 Table 2에 제시된 값을 적용하였다. 일 평균 운항 시간을 12시간으로 가정하여 po=0.5를 사용하였다. 순시선의 실제 선령이 25년이었기 때문에 Td=7.
- 비교적 고 응력이 예상되는 두 개의 응력 집중부(hotspot) 즉, 선체 중앙부에 위치한 갑판 종보강재 및 선저 종보강재를 대상으로 결정하였다. 장기 선체 수직 굽힘 모멘트의 분포가 와이블 분포(Weibull distribution)를 따른다고 가정하고, 이 분포를 이를 수개의 구간으로 나누어 각 구간에 따른 확률과 모멘트의 크기를 결정하였다. 이로부터 종보강재에 작용하는 축방향 인장력을 결정하였다.
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