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문제 정의
- 본 논문에서는 강선 요트의 설계에 사용된 시제선에 관하여 소형선박의 구조강도 평가에 있어서 구조해석 상용코드인 ANSYS를 적용하여 적용된 룰을 통하여 얻어진 설계하중을 적용하여 국부 강도 구조 해석을 수행하였다.
제안 방법
- 그러나, 소형 선박에서 가장 문제시되는 것은 국부강도(Local Strength) 의 평가이다. 본 구조 해석에서는 선수부에 슬래밍 동적 하중과 선수 충격에 의한 선수부의 손상 여부와 선수부의 국부 강도를 만족 여부를 확인하고, Engine Bed 부분에서의 중량 하중과 횡파하중에 대한 검토를 수행하였다.
- 이러한 구조해석을 통해서 본 강선요트의 엔진 베드 부분은 엔진의 중량 하중과 대각도 경사시 흘수차이에 의한 정수압하중이 작용하더라도 구조적으로 충분한 강도를 보유하고 있는 것으로 판단되었다. 엔진 베드의 위치는 내측 거더와 같은 위치에 놓이게 하여 충분한 강도를 지닐 수 있도록 배치하였으며, 엔진 베드에 작용되는 횡파 하중에 대비하여 횡강도 보강용 프레임을 총 3곳에 배치하여 최대 처짐량은 0.12879mm로서 모두 허용처짐(처짐/두께 <1)보다 작게 분포하였다. 엔진 베드와 엔진 베드에 작용하게 되는 횡파 하중에 대비하기 위하여 엔진 베드 두께를 20rmn로서 상대적으로 큰 단면계수값을 보유하면서 설계하중이 작용하였을 경우 구조적으로 전혀 문제시되지 않음을 알 수가 있었다.
- 사용된 요소의 개수는 6290개, 노드는 7088개이며 Frame space 7-9까지를 모델링에 적용하였다. 요소의 메쉬 비율은 1.0을 유지하도록 하였으며 격자분할에 있어서는 Mapp Mesh를 적용하였다. 사용된 재료의 물성치로서는 본 설계에 사용된 SS400(Mild steel)의 물성치를 적용하였다.
대상 데이터
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2.1선 구구조부의 구조 해석모델
모델링의 범위는 Main Deck 아래의 구조물로서, Out-side shell, Inner-side shell, Collision B.H.D, Transverse web, Girder, Longitudinal stiffener의 구조물을 쉘(Shell)요소로 모델링하였다. 사용된 쉘 요소는 9, 626개로 구성되어 있으며, 절점수는 10, 169개로서 등 방성 재료로 가정하였다.
- D, Transverse web, Girder, Longitudinal stiffener의 구조물을 쉘(Shell)요소로 모델링하였다. 사용된 쉘 요소는 9, 626개로 구성되어 있으며, 절점수는 10, 169개로서 등 방성 재료로 가정하였다. 해석을 위하여 상용유한 요소 구조해석 프로그램인 ANSYS V9.
- 해석에 사용된 유한요소는 Shell요소(Shell 63)이고, engine bed, center girder, side girder, transe frame, longi는 동일한 요소로 모델링에 적용하였다. 사용된 요소의 개수는 6290개, 노드는 7088개이며 Frame space 7-9까지를 모델링에 적용하였다. 요소의 메쉬 비율은 1.
- 0을 유지하도록 하였으며 격자분할에 있어서는 Mapp Mesh를 적용하였다. 사용된 재료의 물성치로서는 본 설계에 사용된 SS400(Mild steel)의 물성치를 적용하였다. 탄성계수(E)=205.
- 사용된 재료의 물성치로서는 본 설계에 사용된 SS400(Mild steel)의 물성치를 적용하였다. 탄성계수(E)=205.8 GPa, 항복응력=2352 MPa, 포아송비=0.3이며 모델의 치수는 길이 방향 판재길이 =1200mm, 폭방향 판재 길이 =850mm이며 선체외판에서 엔진 베드 높이는 200mm이다.
- 해석대상 선박은 강선요트(Steel Yacht)로서 국내에서는 아직 도입이 되지 않고 있으며, 호주나 일본 등지에서 레져용으로 각광받고 있는 선박이다. 국내에서는 주로 FRP를 주재 료로 한 세일링요트(Sailing Yacht)나 레저용요트(Leisure Yacht) 그리고 최근 낚시보트(Fishing Boat)등의 설계 및 건조가 주로 이루어지고 있다.
- 해석에 사용된 경계조건은 선체 외판은 UX, UY, ROTX, ROTY 구속을 주었고 하중 성분은 엔진의 무게(1.043 ton)와 횡파 하중(35.6 MPa)을 산정하여 우현에서 좌현 방향으로 하중을 가하였다. 선박의 대각도 경사시에도 엔진의 중량 무게와 선박좌, 우현의 흘수 차이에 의한 정수압만큼의 정하중이 작용하더라도 엔진 베드가 구조적으로 안정해야 함을 확인하기 위함이다.
- 해석에 사용된 유한요소는 Shell요소(Shell 63)이고, engine bed, center girder, side girder, transe frame, longi는 동일한 요소로 모델링에 적용하였다. 사용된 요소의 개수는 6290개, 노드는 7088개이며 Frame space 7-9까지를 모델링에 적용하였다.
데이터처리
- 사용된 쉘 요소는 9, 626개로 구성되어 있으며, 절점수는 10, 169개로서 등 방성 재료로 가정하였다. 해석을 위하여 상용유한 요소 구조해석 프로그램인 ANSYS V9.0을 이용하였다. 구조해석 모델은 fig 3.
이론/모형
- 경계조건으로는 Fr.17번과 선수 격벽을 고정시켰고, 선체중 심 단면에는 대칭조건(Symmetric condition)을 적용하였다. 하중은 LR Rule - SmaU craft(2002)에 의해서 계산된 설계하중을 사용하였다.
- 17번과 선수 격벽을 고정시켰고, 선체중 심 단면에는 대칭조건(Symmetric condition)을 적용하였다. 하중은 LR Rule - SmaU craft(2002)에 의해서 계산된 설계하중을 사용하였다. Out-side shell 에는 슬래밍 하중 35.
성능/효과
- 1) 선수부의 계산된 설계하중의 작용 시의 응력분포는 LR 구조 기준의 허용응력값을 충분히 만족하였다.
- 2) 강선 요트의 대각도 경사시를 고려한 경우에도 구조는 안정적인 강성을 지니고 있으며, 구조기준에도 만족하였다.
- 3) 소형 선박의 구조강도의 평가에 있어서 구조기준과 구조해석을 겸용한 방법을 통하여 선박의 구조안정성을 명확하게 규명할 수가 있다.
- 2에서 볼 수 있듯이 계산된 설계하 중 하에서의 웅력 분포는 비교적 낮은 응력 수준을 보여주고 있다. 룰에서 요구하는 허용 응력값에 만족하고 있으며 선박 운용에 따른 선 체구조요구 강도를 충분히 보유한 것으로 판단된다.
- 12879mm로서 모두 허용처짐(처짐/두께 <1)보다 작게 분포하였다. 엔진 베드와 엔진 베드에 작용하게 되는 횡파 하중에 대비하기 위하여 엔진 베드 두께를 20rmn로서 상대적으로 큰 단면계수값을 보유하면서 설계하중이 작용하였을 경우 구조적으로 전혀 문제시되지 않음을 알 수가 있었다. 참고로 이후 해석 결과에 대한 그림은 너무 미세한 변형으로 인하여 스케일 팩터를 100배 한 그림이다.
- 이러한 구조해석을 통해서 본 강선요트의 엔진 베드 부분은 엔진의 중량 하중과 대각도 경사시 흘수차이에 의한 정수압하중이 작용하더라도 구조적으로 충분한 강도를 보유하고 있는 것으로 판단되었다. 엔진 베드의 위치는 내측 거더와 같은 위치에 놓이게 하여 충분한 강도를 지닐 수 있도록 배치하였으며, 엔진 베드에 작용되는 횡파 하중에 대비하여 횡강도 보강용 프레임을 총 3곳에 배치하여 최대 처짐량은 0.
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