본 논문에서는 쌍동형 카페리에 대한 기본구조설계 및 구조해석을 위한 기법을 제시한다. 카페리와 같이 길이가 50미터 이상이고, 길이/폭의 비가 12보다 큰 중/소형 고속선박의 강도해석에 대한 규정이나 방법론은 아직까지 명확하게 제시되지 않고 있다. 따라서 본 논문에서는 한국선급 규정을 이용하여 부재 스캔틀링을 수행하였고, 설계안에 대한 구조강도 검증을 위해서 카페리 전용선박 기준을 추가적으로 적용하여 검토하였다. 특히, 카페리 전용선박 기준을 이용하여, 선체거더 최종강도를 추가적으로 수행하였으며, 기존 기준에 의한 설계의 모호성을 극복하도록 제안하였다. 본 연구를 통해 도출된 연구 결과는 앞으로 고속 쌍동형 카페리의 구조설계 및 구조해석에 관련된 기본적인 자료로 유용하게 활용될 것으로 예상되며, 현재 설계된 쌍동형 카페리의 부재 치수는 한국선급 기준에 충분히 만족하면서 구조적으로 안전하다.
본 논문에서는 쌍동형 카페리에 대한 기본구조설계 및 구조해석을 위한 기법을 제시한다. 카페리와 같이 길이가 50미터 이상이고, 길이/폭의 비가 12보다 큰 중/소형 고속선박의 강도해석에 대한 규정이나 방법론은 아직까지 명확하게 제시되지 않고 있다. 따라서 본 논문에서는 한국선급 규정을 이용하여 부재 스캔틀링을 수행하였고, 설계안에 대한 구조강도 검증을 위해서 카페리 전용선박 기준을 추가적으로 적용하여 검토하였다. 특히, 카페리 전용선박 기준을 이용하여, 선체거더 최종강도를 추가적으로 수행하였으며, 기존 기준에 의한 설계의 모호성을 극복하도록 제안하였다. 본 연구를 통해 도출된 연구 결과는 앞으로 고속 쌍동형 카페리의 구조설계 및 구조해석에 관련된 기본적인 자료로 유용하게 활용될 것으로 예상되며, 현재 설계된 쌍동형 카페리의 부재 치수는 한국선급 기준에 충분히 만족하면서 구조적으로 안전하다.
This paper suggests study of basic structure design and structural analysis for the twin car-ferries. The rules and methodology for the strength analysis of medium and small sized high speed vessels with a length of more than 50m and a length/width ratio of more than 12, such as car-ferries, have no...
This paper suggests study of basic structure design and structural analysis for the twin car-ferries. The rules and methodology for the strength analysis of medium and small sized high speed vessels with a length of more than 50m and a length/width ratio of more than 12, such as car-ferries, have not been clarified yet. Therefore, in this paper, the members scantling were carried out using the KR Rule, and the car-ferry exclusive vessel standard were further applied to verify the structural strength the design. The scantling of the members is based on the Korea Classification standards, and the car-ferries standards were additionally applied to verify the structural strength of the design. Especially, the ultimate strength of hull girder was additionally carried out by using car-ferry exclusive vessel standard, and proposed to overcome ambiguity of design by existing standard. The results of this study are expected to be useful as basic data related to structural design and structural analysis of high speed twin-hull car-ferries. The present car-ferry design has a sufficient safety margin in strength point of view according to the KR rule.
This paper suggests study of basic structure design and structural analysis for the twin car-ferries. The rules and methodology for the strength analysis of medium and small sized high speed vessels with a length of more than 50m and a length/width ratio of more than 12, such as car-ferries, have not been clarified yet. Therefore, in this paper, the members scantling were carried out using the KR Rule, and the car-ferry exclusive vessel standard were further applied to verify the structural strength the design. The scantling of the members is based on the Korea Classification standards, and the car-ferries standards were additionally applied to verify the structural strength of the design. Especially, the ultimate strength of hull girder was additionally carried out by using car-ferry exclusive vessel standard, and proposed to overcome ambiguity of design by existing standard. The results of this study are expected to be useful as basic data related to structural design and structural analysis of high speed twin-hull car-ferries. The present car-ferry design has a sufficient safety margin in strength point of view according to the KR rule.
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문제 정의
본 논문에서는 쌍동형 카페리의 구조 설계 및 구조 안정성 평가에 대한 주요 항목 및 이에 대한 결과를 기술하고 있다. 구조부재의 두께 및 사이즈를 결정하기 위해서 KR(한국 선급)에서 제시하는 기준들을 적용하였으며, 추가적인 검증을 위하여, 카페리 전용선박 기준을 적용하여, 중앙단면부 구조강도 검토를 수행하여 설계를 완료하였다.
제안 방법
본 논문에서는 쌍동형 카페리의 구조 설계 및 구조 안정성 평가에 대한 주요 항목 및 이에 대한 결과를 기술하고 있다. 구조부재의 두께 및 사이즈를 결정하기 위해서 KR(한국 선급)에서 제시하는 기준들을 적용하였으며, 추가적인 검증을 위하여, 카페리 전용선박 기준을 적용하여, 중앙단면부 구조강도 검토를 수행하여 설계를 완료하였다. 본 연구를 통해서 얻어진 결론은 다음과 같다.
주요 구조 부재의 치수는 앞장에서 기술한 절차와 방법에 따라 정의하였으며, 새롭게 제안한 구조강도 검토 절차에 대한 유용성을 검토하기 위하여 카페리 전용선박 기준에서 제시한 방법에 따라 부재의 치수 및 구조강도를 재검증하였다. 위 기준에서는 선실구조가 종강도 부재로서 강도분담 역할을 하는 개념이므로, 일반적인 카페리에 적용하기에는 적합하지 않지만, 선실구조를 제외한 나머지 종강도 부재의 구조 안전성을 검증하는데 있어서는 유용하다.
성능/효과
(3) 한국선급의 카페리 전용선박 기준 적용 시, 선실구조에 대한 최대응력 및 좌굴강도 평가결과는 무시할 수 있으며, 나머지 종강도 부재에 대한 구조강도 만족 여부는 신뢰성 있는 수준으로 결정할 수 있다.
(4) 현 설계된 쌍동형 카페리의 부재치수는 한국선급 기준에 충분히 부합하면서, 구조강도 또한 만족한다.
선사에서는 허용하는 범위내에서 선박의 운용기간을 증가하기를 원하며, 선령증가에 따른 구조강도 저하를 고려하고자 한다면, 이러한 moment-curvature 결과는 필수적으로 검토가 되어야 하는 항목이다. 기준에서 요구하는 최대하중 대비, 중앙부 종강도 단면계수 값이 충분한 구조강성을 보유하고 있음을 확인할 수 있다. 일부 최상층 갑판부에서 허용치를 넘는 값이 나타나지만, 카페리 전용선박 기준에서는 선실구조도 종강도 부재로 인식하기 때문에 과도한 하중이 적용된 원인이다.
후속연구
쌍동형 레저요트설계에 대한 기준은 선급이나 각종 연구 자료를 통해서 제시되어지고 있다. 그러나 아직까지도 쌍동형 고속 요트 및 카페리(Car-ferry)에 대한 구조설계 및 구조 강도 평가에 대한 기준의 정립에 관해서는 보다 많은 연구와 고찰이 필요하다. 본 장에서는 쌍동형 카페리의 설계하중에 대한 선급의 기준을 간략히 소개를 하고 있다.
본 연구에서 언급한 일련의 프로세스는 동일구조부재의 설계 및 구조안정성 평가에 있어서, 유익한 기초자료로 활용되리라 판단된다. 이후의 연구로서는 구조재료가 알루미늄인 경우의 고속 쌍동형 카페리에 대한 개발과 함께, 상세 평가기준 및 하중 정의에 대한 구체적인 비교/분석이 필요하다.
따라서 본 연구에서는 KR(고속경구조선 규칙) 기준을 바탕으로, 고속 쌍동형 카페리 구조설계 절차 및 상세 유한요소해석을 적용한 결과를 언급하고 있다. 이와 같은 결과는 향후 쌍동형 카페리의 구조설계 및 구조해석에 관련한 기초적인 자료로 유용하게 활용될 것으로 판단된다.
본 연구에서 언급한 일련의 프로세스는 동일구조부재의 설계 및 구조안정성 평가에 있어서, 유익한 기초자료로 활용되리라 판단된다. 이후의 연구로서는 구조재료가 알루미늄인 경우의 고속 쌍동형 카페리에 대한 개발과 함께, 상세 평가기준 및 하중 정의에 대한 구체적인 비교/분석이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
쌍동선은 어떻게 구분되는가?
쌍동형 선박은 두 개의 선체를 가지는 선박으로 물에 잠기는 상사의 몸체를 서로 연결하여 갑판부를 활용하고 그 위에 선실 구조물을 설치한 선박을 말하며, 두 선체의 일부 혹은 전부가 수면 아래로 잠수하거나(Swath), 수면 상에 부양하거나(Planing), 파도를 뚫으며(Wave-piercing) 항해한다. 항해속력에 있어서는 선체중량의 대부분을 정적주력으로 지탱하고 있는 선박을 가리키며, 쌍동선은 크게 보통형 쌍동선과 파랑 관통형(Wave-piercing) 쌍동선으로 나눌 수 있다 (Kim et al., 2011).
쌍동선의 장단점은 무엇인가?
, 2011). 이 선형의 장점으로는 동일한 배수 톤의 단동선보다 넓은 갑판을 제공하며, 건조비도 비싸지 않으나 단점으로는 침수면적이 크므로 저속운항 시 저항이 증가하고 동일한 배수 톤의 단동선보다 같은 속도를 유지하기 위한 추진동력이 커야 한다는 점이다. 특히, 파랑 중 내항성능과 관련하여 불가피하게 배의 L/B가 단동선보다 작게 되므로 횡요 고유 진동주기가 적어지게 된다.
쌍동형 선박이란 무엇인가?
쌍동형 선박은 두 개의 선체를 가지는 선박으로 물에 잠기는 상사의 몸체를 서로 연결하여 갑판부를 활용하고 그 위에 선실 구조물을 설치한 선박을 말하며, 두 선체의 일부 혹은 전부가 수면 아래로 잠수하거나(Swath), 수면 상에 부양하거나(Planing), 파도를 뚫으며(Wave-piercing) 항해한다. 항해속력에 있어서는 선체중량의 대부분을 정적주력으로 지탱하고 있는 선박을 가리키며, 쌍동선은 크게 보통형 쌍동선과 파랑 관통형(Wave-piercing) 쌍동선으로 나눌 수 있다 (Kim et al.
참고문헌 (8)
Kim, B. J., S. Y. Kwon, S. C. Kim and J. H. Lee(2011), Comparison study and structure analysis to investigate the design rule and criteria of catamaran, Journal of the Society of Naval Architectures of Korea, Vol. 48, No. 6, pp. 479-489.
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KR(2015b), Rules for the Classification of Steel Ships, Vol. 3, pp. 15-28.
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Oh, D. K., C. W. Lee, U. C. Jeong and C. H. Ryu(2011), A Study on the Basic Design and its Characteristics of 50ft-class CFRP Cruise Boat, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 19, No. 6, pp. 674-680.
Oh, Y. C., J. Y. Ko, D. H. Cho and G. W. Lee(2009), Estimation for the Global Strength and Local Strength Analysis of 50 feet Catamaran, The Korean Society of Marine Engineering, Annual Meeting 2009, pp. 229-230.
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