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문제 정의
- 이와 같이 기존의 연구사례들은 일반적인 해양구조물이나 선박에 대해 최적화 알고리즘에 기반한 중량 최소화나 최적 설계안 탐색을 수행하거나, 통계적 기법을 응답 성능의 평가에만 응용하였다. 반면 본 연구에서는 해양플랜트의 설치공법의 개발과 연계하여 새롭게 고안된 기자재의 구조설계 성능평가와 중량 최소화를 위해 다양한 통계적 실험계획법을 적용하여 설계민감도 평가와 함께 명시적 중량 최소설계안을 탐색함으로서 해양기자재의 구조설계에 적합한 실험계획법의 응용방안을 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서는 20, 000톤 규모 상부구조물의 안전한 해상이동과 설치작업을 위한 플로트오버 공법개발과 연계하여 새롭게 고안된 수동형 DSF의 설계안전도를 검토하고, 최소중량설계 결과를 효율적으로 도출하기 위해 다양한 실험계획법(Design of experiments, DOE)을 이용한 최상설계안을 탐색하였다. 또한 수동형 DSF의 주요 구조부재에 대한 민감도해석을 수행하고, DOE 특성에 따른 민감도 결과를 비교하였다.
- 본 연구에서는 수동형 DSF의 구조설계 안전도를 확보할 수 있는 최소중량설계안을 효율적으로 도출하기 위해 다양한 DOE 방법을 적용한 최상설계안 탐색과 주요 구조부재의 민감도해석을 수행하고, DOE 특성에 따른 결과를 비교하였다. 본 논문의 주요 연구 결과는 다음과 같다.
- 수동형 DSF의 구조설계 민감도평가와 관련하여 본 연구에서는 DOE를 이용하여 강도성능에 대해 주요 구조부재의 영향도를 분석하고, 허용응력을 만족하면서 최소중량으로 설계될 수 있는 최상설계안을 탐색하였다. OAD, BBD, LHCD의 3가지 DOE 방법이 구조부재별 강도성능과 중량에 대한 민감도 평가와 최소중량설계를 위해 적용되었고, 중량감소 효과, 허용응력 만족여부 및 수치계산 비용을 고려하여 수동형 DSF의 구조설계에 가장 적합한 DOE 방법이 선정되었다.
제안 방법
- 20, 000 톤급 상부구조물을 해양 플랫폼에 플로트오버 방법으로 설치하기 위해 설계된 수동형 DSF의 구조성능을 평가하기 위해 구조해석을 수행하였다. 구조해석에 사용된 유한요소 모델링 형상은 Fig.
- 수동형 DSF의 초기 구조설계의 최소중량설계안을 탐색하기 위해 다양한 DOE 방법을 이용하여 강도성능에 대한 주요 설계부재의 영향도를 분석하고, 중량을 감소하면서 허용응력을 만족할 수 있는 설계개선안을 탐색하였다. DOE 기반 최소중량설계 방안 검토는 직교배열설계법(Orthogonal array design, OAD), Box-Behnken 설계법(Box-Behnken design, BBD) 그리고 Latin hypercube 설계법(Latin hypercube design, LHCD)의 3가지 방법을 적용하여 민감도 결과를 분석과 함께 중량감소, 허용응력 만족여부와 수치계산 비용을 고려하여 수동형 DSF의 구조설계에 가장 적합한 DOE 방법을 탐색하는 형태로 수행하였다. 본 연구에서 적용한 DOE 기반 수동형 DSF의 최소중량설계와 주요 구조부재 민감도 분석 결과의 적합성을 검증하기 위해 DOE 방법 별로 반응표면법 (Response surface method, RSM)을 이용한 근사모델링을 수행하고, 각각의 DOE 방법으로부터 생성된 RSM의 설계공간 탐색 정확도를 검토하였다.
- DOE 특성에 따른 수동형 DSF의 구조설계 민감도해석을 위해 주요 구조부재 두께 치수를 3 수준 설계인자로 설정하였고, 설계하중조건 별 최대응력과 중량은 응답 함수로 설정하였다.
- DOE 특성에 따른 수동형 DSF의 구조설계 영향도 평가를 위해 수동형 DSF의 주요 구조부재두께 치수를 3수준 설계 인자(Design factor)로 설정하였고, 설계하중조건 별 최 대응력과 중량은 응답함수(Output response)로 설정하였다. Fig.
- FPSO 플레어 시스템에 설치되는 파이프라인에 관해 배관 설계 규정에서 제시하는 강도 제한조건을 만족하면서 서포트의 설계 중량을 최소화하기 위해 진화 알고리즘을 응용한 연구를 수행하였다(Park et al., 2011). FPSO 라이저 부가물의 신뢰성 기반 설계최적화를 위해 보수적 근사모델인 제한조건 가용성 이동최소자승법이 설계위험도를 최소화하기 위해 개발되었다(Song et al.
- Fig. 2에 보인 바와 같이 수동형 DSF의 초기설계에 대한구조 안전성을 평가하기 위해 우선 실제 작동조건과 관련된 선급 규정을 적용하여 설계하중조건을 산정하였다. 구조설계성능 평가는 유한요소법을 이용한 3차원 구조해석모델을 생성하고, 설계하중조건과 경계조건을 구조해석모델에 적용하여 구조해석 결과를 산출하였으며, 이를 통해 각각의 설계하중 조건에서 최대응력을 검토하는 순서로 수행하였다.
- 3에 나타난 바와 같이 LC1의 하중조건은 상부구조 물의 중량을 하중으로 환산하여 무게중심 위치에서 중력 방향으로 적용하였고, 경계조건은 상부구조물 중량지지 보 구조의 고정부 상에 병진방향 자유도를 구속하여 고려하였다. LC2의 하중조건은 상부구조물 중량의 하중을 무게중심 위치에서 중력방향으로 적용하였고, 경계조건은 수동형 DSF의 하단부 표면상에 병진방향 자유도를 구속하여 고려하였다. LC3의 하중조건은 상부구조물 중량과 Load-out 장비의 하중을 무게중심 위치에서 중력 방향으로 적용하고, Strand jack의 유압작동력을 Load-out 방향으로 적용하였다.
- LC2의 하중조건은 상부구조물 중량의 하중을 무게중심 위치에서 중력방향으로 적용하였고, 경계조건은 수동형 DSF의 하단부 표면상에 병진방향 자유도를 구속하여 고려하였다. LC3의 하중조건은 상부구조물 중량과 Load-out 장비의 하중을 무게중심 위치에서 중력 방향으로 적용하고, Strand jack의 유압작동력을 Load-out 방향으로 적용하였다. 또한 선급규칙에 규정된 다음의 식(1)과 같은 Static skidding force(Fs)을 Load-out 방향의 반대 방향으로 적용하였다 (DNV-GL, 2012; GL, 2015a).
- , 2017)을 통해 산출된 방향 별 운동 가속도를 관성하중으로 고려하여 적용하였다. LC4의 경계조건은 수동형 DSF가 DTV에 탑재된 상태를 고려하기 위해 수동형 DSF와 Grillage가 접하는 부분에 접촉조건(Contact condition) 을 적용하였고, 수동형 DSF를 DTV 갑판에 고박하는 8개의 Steel tension wire를 1-D Rigid link 요소로 각각 이상화하고 갑판 고박부의 병진방향 자유도를 구속하였다. 구조성능 평가를 위한 허용응력은 해양구조물설계에 적용되는 사용응력 설계법(DNV-GL, 2015)을 적용하여 재료 항복응력의 85%로 고려하였다.
- 고려하였다. LC4의 하중조건은 상부구조물 중량의 하중을 무게중심 위치에서 중력방향으로 적용하고, DTV의 운동 해석(Kim et al., 2017)을 통해 산출된 방향 별 운동 가속도를 관성하중으로 고려하여 적용하였다. LC4의 경계조건은 수동형 DSF가 DTV에 탑재된 상태를 고려하기 위해 수동형 DSF와 Grillage가 접하는 부분에 접촉조건(Contact condition) 을 적용하였고, 수동형 DSF를 DTV 갑판에 고박하는 8개의 Steel tension wire를 1-D Rigid link 요소로 각각 이상화하고 갑판 고박부의 병진방향 자유도를 구속하였다.
- Table 1과 Fig. 3에 나타난 바와 같이 LC1의 하중조건은 상부구조 물의 중량을 하중으로 환산하여 무게중심 위치에서 중력 방향으로 적용하였고, 경계조건은 상부구조물 중량지지 보 구조의 고정부 상에 병진방향 자유도를 구속하여 고려하였다. LC2의 하중조건은 상부구조물 중량의 하중을 무게중심 위치에서 중력방향으로 적용하였고, 경계조건은 수동형 DSF의 하단부 표면상에 병진방향 자유도를 구속하여 고려하였다.
- Table 1에 나타난 것처럼 설계하중조건은 건조가 완료된 상부 구조물을 수동형 DSF에 탑재하고 DTV로 이동하는 작업상태를 반영한 Weighing(LC1), Initial(LC2), 그리고 Skidding(LC3) 조건으로 구성된 Load-out 작업조건과 상부구조물 및 수동형 DSF를 탑재한 DTV가 해양플랫폼으로 이동하는 작업상태인 Transport(LC4) 조건으로 구성하였다. LC1은 수동형 DSF가고중량의 상부구조물을 안전하게 탑재할 수 있는지를 확인하기 위해 상부구조물 중량지지 보 구조(Topside weighing beam) 부분을 고정하여 상부구조물의 중량 하중을 적용하는 조건이다.
- Table 4~6에 정리된 결과의 모든 설계하중조건에서 최 대응력이 재료의 허용응력인 SM490YB 재질의 구조부재에서 301.8MPa과 API-5L-X52 재질의 구조부재에서 318.8MPa 이하를 만족하는 설계조합을 탐색하였다. 허용응력을 만족하는 설계조합 중 최소중량으로 산출된 설계조합을 최상설계안 (Best design case)으로 선정하여 Table 7에 정리하였다.
- 2에 보인 바와 같이 수동형 DSF의 초기설계에 대한구조 안전성을 평가하기 위해 우선 실제 작동조건과 관련된 선급 규정을 적용하여 설계하중조건을 산정하였다. 구조설계성능 평가는 유한요소법을 이용한 3차원 구조해석모델을 생성하고, 설계하중조건과 경계조건을 구조해석모델에 적용하여 구조해석 결과를 산출하였으며, 이를 통해 각각의 설계하중 조건에서 최대응력을 검토하는 순서로 수행하였다.
- 다양한 DOE방법을 이용한 수동형 DSF의 최소중량설계안 탐색과 주요 구조부재 민감도 평가 결과의 적합성을 검증하기 위해 DOE 방법 별로 RSM을 이용한 근사모델링을 수행하고, 각각의 DOE방법으로부터 생성된 RSM의 설계공간 탐색 정확도를 검토하였다.
- 3장에서는 사용된 DOE 방법의 이론적 특징을 정리하였고, 각각의 DOE 방법을 이용하여 수동형 DSF의 구조설계의 최상설계안 탐색과 강도성능 및 중량에 대한 설계 민감도 평가를 수행하였다. 또한 본 연구에서 적용한 DOE 방법 기반 수동형 DSF의 최상설계안 탐색과 주요 구조부재 민감도 분석 결과의 적합성을 검증하기 위해 DOE 방법 별로 RSM을이용한 근사모델링을 수행하고, 각각의 DOE 방법으로부터 생성된 RSM의 설계공간 탐색 정확도를 검토하였다.
- LC3의 하중조건은 상부구조물 중량과 Load-out 장비의 하중을 무게중심 위치에서 중력 방향으로 적용하고, Strand jack의 유압작동력을 Load-out 방향으로 적용하였다. 또한 선급규칙에 규정된 다음의 식(1)과 같은 Static skidding force(Fs)을 Load-out 방향의 반대 방향으로 적용하였다 (DNV-GL, 2012; GL, 2015a).
- 또한 수동형 DSF의 주요 구조부재에 대한 민감도해석을 수행하고, DOE 특성에 따른 민감도 결과를 비교하였다. 수동형 DSF의 초기설계 상태에서 강도성능 평가를 위해 유한요소법을 이용하여 구조해석모델을 생성하였다.
- 구분된다. 본 연구에서 고려된 수동형 DSF는 Fig. 1에 나타낸 것처럼 20, 000톤급 상부구조물의 이송 및 설치를 위해 개발되었으며, DSF의 중앙부에 상부구조물 설치 시 높이를 미세하게 조절하기 위한 갑판지지 장치(Deck support unit, DSU)를 탑재할 수 있도록 고안되었다. Fig.
- DOE 기반 최소중량설계 방안 검토는 직교배열설계법(Orthogonal array design, OAD), Box-Behnken 설계법(Box-Behnken design, BBD) 그리고 Latin hypercube 설계법(Latin hypercube design, LHCD)의 3가지 방법을 적용하여 민감도 결과를 분석과 함께 중량감소, 허용응력 만족여부와 수치계산 비용을 고려하여 수동형 DSF의 구조설계에 가장 적합한 DOE 방법을 탐색하는 형태로 수행하였다. 본 연구에서 적용한 DOE 기반 수동형 DSF의 최소중량설계와 주요 구조부재 민감도 분석 결과의 적합성을 검증하기 위해 DOE 방법 별로 반응표면법 (Response surface method, RSM)을 이용한 근사모델링을 수행하고, 각각의 DOE 방법으로부터 생성된 RSM의 설계공간 탐색 정확도를 검토하였다. 본 논문은 2장에서 수동형 DSF의구조해석 기반의 강도성능 평가, 3장에서 DOE 이론의 검토, DOE를 이용한 최상 설계안 탐색, 중량 및 강도성능의 민감도 평가, 그리고 RSM을 이용한 DOE 수행방법의 적합성 검증에 대한 내용을 정리하였다.
- 수동형 DSF의 초기설계 상태에서 강도성능 평가를 위해 유한요소법을 이용하여 구조해석모델을 생성하였다. 수동형 DSF의 실제 작동조건이 고려된 선급규정 하중조건을 산정하여 구조해석모델에 적용하고, 각 하중조건 별 최대응력을 평가하였다. 수동형 DSF의 초기 구조설계의 최소중량설계안을 탐색하기 위해 다양한 DOE 방법을 이용하여 강도성능에 대한 주요 설계부재의 영향도를 분석하고, 중량을 감소하면서 허용응력을 만족할 수 있는 설계개선안을 탐색하였다.
- 수동형 DSF의 실제 작동조건이 고려된 선급규정 하중조건을 산정하여 구조해석모델에 적용하고, 각 하중조건 별 최대응력을 평가하였다. 수동형 DSF의 초기 구조설계의 최소중량설계안을 탐색하기 위해 다양한 DOE 방법을 이용하여 강도성능에 대한 주요 설계부재의 영향도를 분석하고, 중량을 감소하면서 허용응력을 만족할 수 있는 설계개선안을 탐색하였다. DOE 기반 최소중량설계 방안 검토는 직교배열설계법(Orthogonal array design, OAD), Box-Behnken 설계법(Box-Behnken design, BBD) 그리고 Latin hypercube 설계법(Latin hypercube design, LHCD)의 3가지 방법을 적용하여 민감도 결과를 분석과 함께 중량감소, 허용응력 만족여부와 수치계산 비용을 고려하여 수동형 DSF의 구조설계에 가장 적합한 DOE 방법을 탐색하는 형태로 수행하였다.
- 허용응력은 선급규정에 따라 재료 항복응력의 85%를 기준으로 SM490YB 재질은 301.8MPa, API-5L-X52 재질은 318.8 MPa로 각각 산정하였다. 구조해석은 범용 유한요소해석 소프트웨어인 ABAQUS/Implicit(Simulia, 2018)를 사용하여 수행하였다.
대상 데이터
- Fig. 4에 나타난 것처럼 수동형 DSF의 구조해석 모델은 Fig. 3에 제시된 LC4 조건을 기준으로 DSF와 Grillage를 포함하여 717, 452개의 요소와 654, 452개의 절점으로 생성되었다. 유한요소 크기와 주요 구조부재 형태는 상세 응력해석에 대한 선급 공통구조규칙에 따라 50mm 이하의 크기와 Shell 요소를 적용(IACS, 2017)하였으며, 하중적용부와 고박용 Steel tension wire는 Rigid link로 모델링하였다.
- 7과 같이 설계인자는 9개의 두께 별 주요 구조부재에 대해 3수준으로 변동범위를 설정하였다. OAD의 경우 243회의 실험행렬을 구성하였고, BBD의 경우 121회의 실험행렬을 구성하였으며, LHCD의 경우 200회의 실험행렬을 각각 구성하였다. Table 4~6에는 각각의 DOE 방법으로 구성된 실험행렬과 실험행렬상의 설계인자 변동에 따라 구조해석을 통해 산출된 응답함수의 결과를 정리하였다.
- 유한요소 크기와 주요 구조부재 형태는 상세 응력해석에 대한 선급 공통구조규칙에 따라 50mm 이하의 크기와 Shell 요소를 적용(IACS, 2017)하였으며, 하중적용부와 고박용 Steel tension wire는 Rigid link로 모델링하였다. 수동형 DSF의 구조부재 중 Tube 형상 부재는 API-5L-X52의 재질이 적용되었고, 그 외의 모든 부재는 SM490YB 재질이 적용되었다. 재질에 따른 특성치는 Table 2에 정리하여 나타내었다.
데이터처리
- , 2011). 고압용 사중편심형 버터플라이 밸브의 설계 안전도 검토를 위해 설계파라미터 분석과 시팅 토크(seating torque) 응답함수에 대한 분산분석이 수행되었다(Lee and Kim, 2014). 함정용 탄성마운트의 응력 및 동특성을 고려한 최적배치 설계를 구현하기 위해 유전 알고리즘이 응용되었다(Ji et al.
이론/모형
- LC4의 경계조건은 수동형 DSF가 DTV에 탑재된 상태를 고려하기 위해 수동형 DSF와 Grillage가 접하는 부분에 접촉조건(Contact condition) 을 적용하였고, 수동형 DSF를 DTV 갑판에 고박하는 8개의 Steel tension wire를 1-D Rigid link 요소로 각각 이상화하고 갑판 고박부의 병진방향 자유도를 구속하였다. 구조성능 평가를 위한 허용응력은 해양구조물설계에 적용되는 사용응력 설계법(DNV-GL, 2015)을 적용하여 재료 항복응력의 85%로 고려하였다.
- 8 MPa로 각각 산정하였다. 구조해석은 범용 유한요소해석 소프트웨어인 ABAQUS/Implicit(Simulia, 2018)를 사용하여 수행하였다. 구조해석 결과는 von-Mises 응력을 기준으로 Table 3 에 정리하였다.
- 또한 수동형 DSF의 주요 구조부재에 대한 민감도해석을 수행하고, DOE 특성에 따른 민감도 결과를 비교하였다. 수동형 DSF의 초기설계 상태에서 강도성능 평가를 위해 유한요소법을 이용하여 구조해석모델을 생성하였다. 수동형 DSF의 실제 작동조건이 고려된 선급규정 하중조건을 산정하여 구조해석모델에 적용하고, 각 하중조건 별 최대응력을 평가하였다.
- 3에 제시된 LC4 조건을 기준으로 DSF와 Grillage를 포함하여 717, 452개의 요소와 654, 452개의 절점으로 생성되었다. 유한요소 크기와 주요 구조부재 형태는 상세 응력해석에 대한 선급 공통구조규칙에 따라 50mm 이하의 크기와 Shell 요소를 적용(IACS, 2017)하였으며, 하중적용부와 고박용 Steel tension wire는 Rigid link로 모델링하였다. 수동형 DSF의 구조부재 중 Tube 형상 부재는 API-5L-X52의 재질이 적용되었고, 그 외의 모든 부재는 SM490YB 재질이 적용되었다.
성능/효과
- LC1에서는 DF#1의 주영향도가 가장 높게 나타났고, 그중에서도 BBD를적용한 경우의 주영향도가 가장 높게 나타났다. LC2에서는 DF#5와 DF#6의 주영향도가 높게 나타났고, LC3와 LC4에서는 DF#5와 DF#9의 주영향도가 높게 나타났다.
- OAD, BBD 그리고 LHCD의 3가지 DOE방법에서 최상설계안은 모든 설계하중조건 대한 최대응력이 허용응력을 만족하면서 중량이 감소되는 효과를 보였다. 그 중 BBD 의 중량감소율이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 수치계산 비용인 DOE의 실험횟수, 중량감소율과 설계하중 조건 별 응력결과를 고려했을 때 BBD가 수동형 DSF의 최소중량설계안 도출에 가장 효율적인 방법으로 나타났다.
- 수 있는 최상설계안을 탐색하였다. OAD, BBD, LHCD의 3가지 DOE 방법이 구조부재별 강도성능과 중량에 대한 민감도 평가와 최소중량설계를 위해 적용되었고, 중량감소 효과, 허용응력 만족여부 및 수치계산 비용을 고려하여 수동형 DSF의 구조설계에 가장 적합한 DOE 방법이 선정되었다. 3장에서는 사용된 DOE 방법의 이론적 특징을 정리하였고, 각각의 DOE 방법을 이용하여 수동형 DSF의 구조설계의 최상설계안 탐색과 강도성능 및 중량에 대한 설계 민감도 평가를 수행하였다.
- RSM을 이용한 DOE 방법의 적합도 평가로부터 모든 DOE 방법의 RSM 정확도 결과가 전체 응답함수에 대해서 90% 이상을 나타냈기 때문에 수동형 DSF의 설계공간탐색에 적합한 것으로 볼 수 있었으며, 수동형 DSF의 최소중량설계안 탐색과 구조설계 민감도해석을 위해 사용한 설계인자의 수준, DOE의 실험횟수, DOE 방법 선정 등과 같은 전반적인 DOE 방법이 합리적으로 수행된 것으로 판단되었다.
- 만족하였다. SM490YB 재질의 구조부재의 경우 전체적인 응력 수준이 API-5L-X52 재질의 구조부재보다 높게 나타났다. 수동형 DSF의 최대응력수준은 LC3에서 297.
- 0으로 나타났다. 각각의 설계하중 조건 별 응답함수에 대한 근사모델의 정확도는 OAD의 경우 최대 6% 미만의 오차를 보였으며, BBD와 LHCD의 경우 최대 8%와 11%의 오차율을 나타났다. 모든 DOE 방법의 RSM 정확도 결과는 전체 응답함수에 대해서 90% 이상을 나타냈기 때문에 수동형 DSF의 설계공간 탐색에 적합한 것으로 볼 수 있다.
- 구조설계의 민감도평가로부터 중량에 대한 주영 향도는 모든 DOE 방법에서 거의 동일한 수준으로 나타났으며, LC1에서는 DF#1의 주영향도가 가장 높게 나타났고, LC2 에서는 DF#5와 DF#6의 주영향도가 높게 나타났으며, LC3와 LC4에서는 DF#5와 DF#9의 주영향도가 높게 나타났다.
- 중량이 감소되는 효과를 보였다. 그 중 BBD 의 중량감소율이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 수치계산 비용인 DOE의 실험횟수, 중량감소율과 설계하중 조건 별 응력결과를 고려했을 때 BBD가 수동형 DSF의 최소중량설계안 도출에 가장 효율적인 방법으로 나타났다.
- 모든 DOE 방법의 RSM 정확도 결과는 전체 응답함수에 대해서 90% 이상을 나타냈기 때문에 수동형 DSF의 설계공간 탐색에 적합한 것으로 볼 수 있다. 또한 수동형 DSF의 최소중량설계안 탐색과 구조설계 민감도해석을 위해 사용한 설계 인자의 수준, DOE의 실험횟수, DOE 방법 선정 등과 같은 전반적인 DOE 방법이 합리적으로 수행된 것으로 판단되었다.
- 각각의 설계하중 조건 별 응답함수에 대한 근사모델의 정확도는 OAD의 경우 최대 6% 미만의 오차를 보였으며, BBD와 LHCD의 경우 최대 8%와 11%의 오차율을 나타났다. 모든 DOE 방법의 RSM 정확도 결과는 전체 응답함수에 대해서 90% 이상을 나타냈기 때문에 수동형 DSF의 설계공간 탐색에 적합한 것으로 볼 수 있다. 또한 수동형 DSF의 최소중량설계안 탐색과 구조설계 민감도해석을 위해 사용한 설계 인자의 수준, DOE의 실험횟수, DOE 방법 선정 등과 같은 전반적인 DOE 방법이 합리적으로 수행된 것으로 판단되었다.
- 만족하였다. 본 연구에서 고려한 수동형 DSF의 구조설계에 대한 DOE 방법 중 BBD가 중량감소율이 5.7%로 OAD나 LHCD 보다 우수한 것으로 나타났고, LHCD의 중량감소율이 2.9%로 가장 낮은 결과를 보였다. 수치계산 비용인 DOE의 실험 횟수와 중량증가율을 고려하면 BBD가 수동형 DSF의최소중량설계에 가장 효율적인 방법인 것을 알 수 있다.
- 수동형 DSF의 초기 설계단계에 대해 구조해석을 통해 선급 규정 설계하중조건에 대한 구조성능을 평가하였고, 모든 설계하중 조건에서 수동형 DSF의 최대응력은 재질의 허용항복응력 수준을 만족하는 것으로 나타났으며, 설계하중조건 중 LC3의 응력수준이 가장 높게 나타났다.
- SM490YB 재질의 구조부재의 경우 전체적인 응력 수준이 API-5L-X52 재질의 구조부재보다 높게 나타났다. 수동형 DSF의 최대응력수준은 LC3에서 297.3MPa로 나타났으며, 허용응력의 한계상태에 매우 가깝기 때문에 설계시 주의가 필요한 설계하중조건으로 나타났다. 응력분포결과는 LC3에 대해서 대표적으로 Fig.
- 9%로 가장 낮은 결과를 보였다. 수치계산 비용인 DOE의 실험 횟수와 중량증가율을 고려하면 BBD가 수동형 DSF의최소중량설계에 가장 효율적인 방법인 것을 알 수 있다.
- LC2에서는 DF#5와 DF#6의 주영향도가 높게 나타났고, LC3와 LC4에서는 DF#5와 DF#9의 주영향도가 높게 나타났다. 이와 같이 다양한 DOE 방법을 통한 수동형 DSF의 최소중량설계에 대해서 실험횟수와 중량감소율의 결과를 기준으로 BBD가 가장 효율적인 탐색 방법임을 확인하였으며, DF#1, DF#5, DF#6 및 DF#9의 구조부재가 강도 설계상 가장 중요하게 고려해야 하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 본 연구에서 수행된 DOE 이론을 이용한 최소중량설계안탐색 방법은 새로운 공법 및 부가 구조물 개발이 빈번하게 요구되는 해양기자재의 설계에 유용하게 응용될 수 있을 것으로 사료되며, 향후 저자들은 DOE 이론을 이용한 근사최적화와 신뢰성해석에 대한 연구를 수행할 예정이다.
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