[논문]7.93톤급 개량형 안강망어선의 축정렬과 횡진동 성능예측

이정호; 강병모; 오영철; 서광철; 고재용

[국내논문] 7.93톤급 개량형 안강망어선의 축정렬과 횡진동 성능예측
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이정호 (목포해양대학교 대학원) , 강병모 ((주)한국조선해양기자재연구원) , 오영철 (목포해양대학교 조선해양공학과) , 서광철 (목포해양대학교 조선해양공학과) , 고재용 (목포해양대학교 조선해양공학과)

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문제 정의

본 연구에서는 7.93톤급 안강망어선의 동특성 분석에 이용한 해석코드의 신뢰성을 확보하기 위하여 회전체 동특성 분석의 증명된 모델인 ‘Lalanne & Ferris’ 모델을 사용하여 검증하였다.
이는 지지베어링의 스프링상수(이하 강성계수)와 감쇠계수의 지지하중에 의해 결정되므로 축정렬(shaft alignment)을 무시하고 횡진동을 계산하는 것은 불가능하다. 본 연구에서는 상용 해석코드 ANSYSWB v16.1을 이용하여 7.93톤급 개량형 안강망어선의 축계베어링 강성에 따른 동특성 변화(위험도속도 및 횡진동 등)를 예측하여 축계 설계에 대한 방향을 제시하고자 한다.

제안 방법

검증결과는 전달행렬법(transfer matrix method: TMM)을 이용하여 25,000rpm에서 고유진동수를 계산한 결과와 보요소(BEAM 188)와 솔리드요소(SOLID 186)을 이용하여 산출한 해석코드 결과를 비교 검증하였다. 7.93톤급 개량형 안강망어선의 동특성 분석을 수행하기 전 추진 축계 시스템에 대한 주요요목 검토와 FORAN을 이용하여 안강망어선의 추진축 지지부(선미관, Y-strut) 및 프로펠러에 대한 설계안을 도출하였다. 특히, 한국선급규정(KR) 선박기관기준(2015)를 적용하여 축계 강도 계산을 하였다.
93톤급 개량형 안강망어선의 축계 동특성 분석을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다. 베어링 강성에 따른 동특성 변화는 캠벨선도(campbell diagram), 훨링(whirling) 등을 이용하여 분석하여 선박의 축계에 대한 안전성을 평가할 수 있었다. 고유치 분석결과는 보요소와 솔리드요소의 간 오차는 발생하였으나 차이는 크지 않는 것을 확인할 수 있었으며 솔리드요소의 해석에 소요되는 시간과 불필요한 형상정보 등을 고려하였을 때 상용 해석코드의 효용성은 높다고 판단할 수 있다.
특히, 한국선급규정(KR) 선박기관기준(2015)를 적용하여 축계 강도 계산을 하였다. 이를 기반하여 전술한 바와 같이 위험도 속도, 횡진동 등 동특성에 대해 해석을 수행하였다.
1에 대한 검증은 ‘Lalanne & Ferris’ 모델을 이용하여 비교한 결과 양호한 결과를 구할 수 있었다. 이에 기반을 두어 7.93톤급 개량형 안강망어선의 축계 동특성 분석을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다. 베어링 강성에 따른 동특성 변화는 캠벨선도(campbell diagram), 훨링(whirling) 등을 이용하여 분석하여 선박의 축계에 대한 안전성을 평가할 수 있었다.

대상 데이터

93톤급 안강망어선의 동특성 분석에 이용한 해석코드의 신뢰성을 확보하기 위하여 회전체 동특성 분석의 증명된 모델인 ‘Lalanne & Ferris’ 모델을 사용하여 검증하였다. 이 해석모델은 하나의 축계와 3개 디스크로 구성되어 있으며 축 양끝 단에 이방성 베어링를 적용한 모델이다. 검증결과는 전달행렬법(transfer matrix method: TMM)을 이용하여 25,000rpm에서 고유진동수를 계산한 결과와 보요소(BEAM 188)와 솔리드요소(SOLID 186)을 이용하여 산출한 해석코드 결과를 비교 검증하였다.

데이터처리

이 해석모델은 하나의 축계와 3개 디스크로 구성되어 있으며 축 양끝 단에 이방성 베어링를 적용한 모델이다. 검증결과는 전달행렬법(transfer matrix method: TMM)을 이용하여 25,000rpm에서 고유진동수를 계산한 결과와 보요소(BEAM 188)와 솔리드요소(SOLID 186)을 이용하여 산출한 해석코드 결과를 비교 검증하였다. 7.

이론/모형

93톤급 개량형 안강망어선의 동특성 분석을 수행하기 전 추진 축계 시스템에 대한 주요요목 검토와 FORAN을 이용하여 안강망어선의 추진축 지지부(선미관, Y-strut) 및 프로펠러에 대한 설계안을 도출하였다. 특히, 한국선급규정(KR) 선박기관기준(2015)를 적용하여 축계 강도 계산을 하였다. 이를 기반하여 전술한 바와 같이 위험도 속도, 횡진동 등 동특성에 대해 해석을 수행하였다.

성능/효과

베어링 강성에 따른 동특성 변화는 캠벨선도(campbell diagram), 훨링(whirling) 등을 이용하여 분석하여 선박의 축계에 대한 안전성을 평가할 수 있었다. 고유치 분석결과는 보요소와 솔리드요소의 간 오차는 발생하였으나 차이는 크지 않는 것을 확인할 수 있었으며 솔리드요소의 해석에 소요되는 시간과 불필요한 형상정보 등을 고려하였을 때 상용 해석코드의 효용성은 높다고 판단할 수 있다.
상용 해석코드 ANSYS WB v16.1에 대한 검증은 ‘Lalanne & Ferris’ 모델을 이용하여 비교한 결과 양호한 결과를 구할 수 있었다.

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