초록 ▼

현재 소형 FTP어선은 선박의 설계와 건조에 대한 연구 개발기술력이 대형 조선소에 비하여 상대적으로 부족한 소형 조선소에서 설계 건조되고 있다. 이런 상황에서 건조된 소형 FRP 어선은 구조 강도 면에서 문제가 발생할 수도 있으므로 소형 FRP 선박의 최소 중량 설계최적화에 대한 연구 개발이 필요하다고 본다.
본 연구의 대상 선박은 현재 연안 어선 중 비교적 크기가 큰 7.93톤 서해안 연안유자망 어선으로 하였다.
본 연구는 우선 최적 설계 수행에 앞서 FRP 소형 어선의 휨 응력과 횡 변형에 대한 구조 강도를 해석하였는

현재 소형 FTP어선은 선박의 설계와 건조에 대한 연구 개발기술력이 대형 조선소에 비하여 상대적으로 부족한 소형 조선소에서 설계 건조되고 있다. 이런 상황에서 건조된 소형 FRP 어선은 구조 강도 면에서 문제가 발생할 수도 있으므로 소형 FRP 선박의 최소 중량 설계최적화에 대한 연구 개발이 필요하다고 본다.
본 연구의 대상 선박은 현재 연안 어선 중 비교적 크기가 큰 7.93톤 서해안 연안유자망 어선으로 하였다.
본 연구는 우선 최적 설계 수행에 앞서 FRP 소형 어선의 휨 응력과 횡 변형에 대한 구조 강도를 해석하였는데, 최대 휨 응력은 선미 값판부와 선체 외판의 구조 불연속부에서 150MPa로 나타났고, 최대 횡 변형은 선체 외판부에서 13.7 cm로 나타났다.
최대 휨 응력은 해양수산부에서 제정한 FRP 어선 건조규정에서 제시하는 값을 만족하였다. 하지만 최대 휨 변형은 형깊이 1.2m의 11%로 비교적 크게 나타났는데 이는 모델링 과정에서 해석의 편의상 보강재 중 일부를 생략했기 때문에 나타난 결과로 볼 수 있다.
최적 설계를 함에 있어서 목적함수는 체적으로 하였고, 제한조건은 최대 응력이 150MPa 이하가 되는 것이며, 설계변수는 상갑판 두께, 외판 두께 등의 주요부 치수와 격벽 위치 등으로 하였다.
해석 결과 체적은 9% 감소가 가능하였고 주요부 두께 역시 비슷한 비율로 감소가 가능하였으며, 격벽 간격도 기준 값보다 다소 좁게 나왔으나 어창의 크기가 필요하기 때문에 기준을 따르는 것이 합리적이라고 생각된다.
피로하중이 선체 강도에 미치는 영향을 파악하기 위해 피로 하중이 가장 크게 작용할 것으로 예상되는 선미부에 대하여 이론해석과 모형실험을 수행하였다. 그 결과 피로하중에 의하여 선체에 발생하는 응력은 $110\sim110MPa$로서 FRP 선체가 파손되는 160MPa보다 훨씬 작게 나타났으므로 피로하중이 FRP선체에 미치는 영향은 작은 것으로 나타났다.
마지막으로 충돌이 선체구조 강도에 미치는 영향을 분석하기 위하여 충돌 각도, 속도 그리고 배의 크기를 변화시켜 가면서 해석을 수행하였는데 그 결과를 살펴보면 거의 대부분의 경우 충돌을 당하는 선박에서 더 큰 응력이 발생하였고, 동일한 크기의 선박이 충돌한 경우 90도 각도로 충돌이 일어났을 때가 135도로 충돌이 발생한 경우보다 더 큰 응력이 발생하였다. 또한 165MPa 이상의 응력이 발생할 경우 선체가 파손되는데 이 같은 응력이 발생하려면 두 척의 배가 10Knot이상으로 항해중인 상태에서 90도로 충돌하거나, 충돌선의 항해 속도가 10Knot 이상이거나, 혹은 135도로 충돌할 경우에는 충돌선의 속도가 15Knot 이상이어야 하는 것으로 밝혀졌다. 39톤과 7.91톤이 충돌한 경우에도 거의 유사한 결과가 나왔다.
이상의 연구 결과는 실제 FRP 어선 설계와 건조에 활용이 가능할 것으로 기대된다.

Abstract ▼

Small-sized FRP fishing boats are built by minor ship building companies that have based on less developed technology for ship design and building in comparison with major ship building companies. It is necessary to research and develop optimum design of minimum weight small-sized FRP fishing boats.

Small-sized FRP fishing boats are built by minor ship building companies that have based on less developed technology for ship design and building in comparison with major ship building companies. It is necessary to research and develop optimum design of minimum weight small-sized FRP fishing boats.
This study was carried out on 7.93ton FRP fishing boats that are large-sized ones of fishing boats navigating on the west coast.
First, the study analyzed strength of the ship structure on bending stress and transverse displacement of small-sized FRP fishing boats. The result of the analysis found that maximum bending stress is 150MPa at the stern deck, and the discontinuous part of the shell plate, and maximum transverse displacement is 13.7 cm at the shell plate.
Maximum bending stress met the regulations of building of FRP fishing boats by the ministry of Maritime Affairs and Fisheries. But the 13,7 value of maximum transverse displacement is 11% of mold depth, and it is a little high.
Some of the stiffeners were skipped for easy modeling during modeling and the high value was gained. On optimum design, the objective function is volume, controlled conditions are for maximum bending stress to be under 150 MPa, and design various are the dimensions of principal parts as the thickness of the upper deck, the thickness of the shell plate, and the location of the bulkhead.
The result of the analysis found that volume could reduced to 9%, the dimensions of principal parts could also be reduced to similar degree, and the location of the bulkhead was a little closer than the standard value. But considering the sizes of fish cargo holds, it is resonable to take the location of tile bulkhead according to the standard value.
To figure out the influence of fatigue load on strength of hull, an analysis of figure and an modeling test on stern were carried out, and stern was expected to 1)ave the most heavy fatigue load. The result of both of them found that the stress on hull by fatigue load was $110\sim120MPa$, and tile value was much lower than 160 MPa to be able to break FRP hull, and the influence of fatigue load on FRP hull was not strong.
Lastly, to find out the influence of collision on strength of hull, an dynamic analysis was carried out. The condition of crash was set to analyze the influence of speed, the collision degree, and sizes of collision boats and collision boats on strength of hull. The result of the analysis found mostly higher stress generated from crashed fishing boats, and as similar-sized fishing boats were came into collision, the stress of the crash of 90 degrees was higher than he stress of the collision of 135 degrees. And it found if two fishing boats crash ed at 90 degrees with running at over 5 Knot, or the speed of the crashing fishing boat was over 10 Knot, or collision at 135 degrees, the speed of the crashing fishing boat was over 15 Knot, the stress of over 165 degrees to broke do wn hull generated. When the fishing boat of 39 tons and the fishing boat of 7,91 tons crashed, a similar result was produced.
All the results of the research will be expected to be used to design and build FRP fishing boats.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• SUMMARY...5
• CONTENTS...7
• 목차...9
• 제1장 서론...11
• 1.1 연구의 필요성...11
• 1.2 과제관련 국제 동향...12
• 1.3 연구의 목표 및 내용...14
• 제2장 FRP 적층판의 기계적 물성 평가...17
• 2.1 인장 시험...17
• 2.2 피로 시험...20
• 제3장 FRP 어선의 크기에 따른 일반 배치 및 구조 분석...24
• 3.1 일반 배치도를 대상으로 분석한 구조 특성 분석...24
• 3.2 구조 배치 특성...29
• 제4장 FRP 소형 어선의 대표적인 파괴유형 및 구조 취약부 파악을 위한 해난사고 사례분석...31
• 4.1 사고 종류별 해양사고 발생현황...31
• 4.2 선박 총톤수별 해양사고 발생현황...32
• 4.3 선박용도별 해양사고 발생현황...32
• 4.4 어선의 해양사고 종류별 사고현황...33
• 제5장 FRP 소형어선에 대한 구조 강도 해석...35
• 5.1 지배 방정식...35
• 5.2 선체 모델링...37
• 5.3 선체의 변형 및 응력 분포...39
• 제6장 FRP 소형어선의 최적 설계...41
• 6.1 최적 설계 개념...41
• 6.2 상용화 코드를 이용한 최적화 알고리즘...43
• 6.2 최적화 알고리즘의 효율성 비교...43
• 6.3 거주부, 화물창 등 어선 일반 배치의 효용성 증대 및 구조 안전성 강화를 고려한 선체구조 최적 설계...46
• 제7장 주요 구조 취약부에 대한 피로 수명 평가...52
• 7.1 모델링...52
• 7.2 피로해석...54
• 7.3 해석결과...56
• 7.4 편심하중이 추가된 평판에 의한 피로해석...57
• 7.5 선미부 피로실험...59
• 7.6 선미부의 진동이 피로에 미치는 영향...63
• 제8장 충돌에 의한 선박의 동적 구조 해석...67
• 8.1 모델의 구성...68
• 8.2 충돌 해석...71
• 제9장 결론...87
• 제10장 목표 달성도 및 관련분야에 대한 기여도...89
• 10.1 목표 달성도...89
• 10.2 관련분야에 대한 기여도...89
• 제11장 연구 개발 결과의 활용 계획...90
• 제12장 참고문헌...91