KR100557390B1 - Hull Stress Monitoring System and Estimation Method of External Moments of a Ship using it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선체의 선체의 길이방향으로 상호 d만큼 떨어진 중앙 단면 2곳에 설치된 8개의 LBSG를 이용하여 각 단면에서의 변형률 성분을 구하고, 이들을 활용하여 단면 사이의 변형률의 기울기를 구함으로써 컨테이너 선에 작용하는 비틀림 모멘트 성분을 정확히 구할 수 있는 선체응력감시장치 및 이를 이용한 선박의 외부 작용모멘트의 추정방법에 관한 것이다.The present invention calculates the strain components in each cross section using eight LBSGs installed in two central cross sections separated by each other d in the longitudinal direction of the hull of the hull, and utilizes them to obtain the slope of the strain between the cross sections to act on the container ship. The present invention relates to a hull stress monitoring device capable of accurately obtaining a torsional moment component and a method of estimating an external working moment of a ship using the same.
상기 본 발명은 컨테이너선의 선체 내측의 중앙단면에서 4개의 응력게이지를 좌/우 대칭이 되도록 배치하고, 상기 4개의 응력게이지로부터 선박의 길이 방향으로 d만큼 이동된 단면에 추가로 4개의 응력게이지를 동일한 형태로 배치시킨 것을 특징으로 한다.According to the present invention, four stress gauges are arranged to be left / right symmetrical at a central cross section inside the hull of the container ship, and four stress gauges are additionally added to the cross section moved by d in the longitudinal direction of the ship from the four stress gauges. It is characterized by the arrangement in the same form.
선체, 응력, 비틀림 모멘트Hull, stress, torsional moment
Description
도 1a 및 도 1b는 컨테이너선의 선체 중앙 단면에 종래 외부 작용모멘트 추측방법에 따라 4개의 LBSG(long base strain gauge)가 위치 설정된 상태를 나타내는 개략단면도 및 개략사시도,1A and 1B are schematic cross-sectional views and schematic perspective views showing a state in which four long base strain gauges (LBSGs) are positioned on a central section of a hull of a container ship according to a conventional external acting moment estimation method;
도 2는 LBSG에 가해지는 비틀림 모멘트 성분에 의해 발생하는 와핑(warping) 변형의 예를 나타내는 도면,2 shows an example of warping deformation caused by the torsional moment component applied to the LBSG.
도 3은 도2와 같은 비틀림 모멘트 성분에 의해 발생하는 St. Venant 변형의 예를 나타내는 도면,FIG. 3 is a St. Moment generated by the torsional moment component shown in FIG. Drawing showing an example of venant deformation,
도 4는 일반적인 고정단-고정단의 경계 조건을 갖는 보의 비틀림력 작용에 따른 변형을 나타내는 도면,4 is a view showing the deformation according to the action of the torsional force of the beam having the boundary condition of the general fixed end-fixed end,
도 5는 일반적인 자유단-고정단의 경계 조건을 갖는 보의 비틀림력 작용에 따른 변형을 나타내는 도면,5 is a view showing the deformation according to the action of the torsional force of the beam having the boundary condition of the general free end-fixed end,
도 6은 도 1b와 같은 선체가 순수한 수평 모멘트를 받는 경우의 변형률의 형태를 나타낸 도면,6 is a view showing the form of the strain when the hull as shown in Figure 1b receives a pure horizontal moment,
도 7은 도 1b와 같은 선체가 순수한 수직 모멘트를 받는 경우의 변형률의 형 태를 나타낸 도면,7 is a view showing the shape of the strain when the hull as shown in Figure 1b receives a pure vertical moment,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 외부 작용모멘트 추측방법을 수행하기 위해 컨테이너선의 선체 중앙 단면에 다수의 LBSG(long base strain gauge)가 위치 설정된 상태를 나타내는 개략단면도 및 개략사시도이다.8A and 8B are schematic cross-sectional views and schematic perspective views showing a state in which a plurality of LBSGs (long base strain gauges) are positioned at the center cross-section of the hull of the container ship to perform the external acting moment estimation method of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Main Parts of Drawings *
5, 20: 선체 1∼4: 응력게이지-LBSG(long base strain gauge)5, 20: hull 1-4: stress gauge-LBSG (long base strain gauge)
11∼18: 8개의 LBSG(long base strain gauge)11-18: 8 long base strain gauges
본 발명은 선체응력감시장치 및 이를 이용한 선박의 외부 작용모멘트의 추정방법에 관한 것으로, 특히 선체의 중앙 단면 2곳에 상호 d만큼 떨어져 설치된 8개의 LBSG를 이용하여 각 단면에서의 변형률 성분을 구하고, 이로부터 단면 사이의 변형률의 기울기를 구함으로써 컨테이너 선에 작용하는 비틀림 모멘트 성분을 정확히 구할 수 있는 선체응력감시장치 및 이를 이용한 선박의 외부 작용모멘트의 추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hull stress monitoring device and a method for estimating an external working moment of a ship using the same, in particular, the strain components in each section are obtained by using eight LBSGs installed at two center sections of the hull apart from each other by d. The present invention relates to a hull stress monitoring device capable of accurately determining the torsional moment component acting on a container ship by obtaining the slope of the strain between sections and a method of estimating the external working moment of a ship using the same.
일반적으로 컨테이너 선에 가해지는 외력을 감시하기 위한 선체응력감시장치는 도 1과 같이 4개의 LBSG(long base strain gauge)를 선체(5)의 내측의 중앙 단면에 설치하여 각 센서에서의 변형률을 측정하고, 이에 대응되는 응력 성분을 관찰하도록 시스템이 구성되어 있었다.In general, the hull stress monitor for monitoring the external force applied to the container ship is provided with four LBSGs (long base strain gauge) in the central cross section inside the
그런데, 종래에는 선체 단면의 비틀림 성분을 추정하기 위해 비틀림 모멘트 성분에 의한 컨테이너 선의 변형을 sine 함수 등으로 가정하였다.In the related art, in order to estimate the torsional component of the hull section, the deformation of the container line due to the torsional moment component is assumed as a sine function or the like.
그러나, 이러한 가정은 항상 만족할 수 없으므로, 본 발명에서는 보다 엄밀한 추정방법을 적용하기 위해 다음과 같이 관련식을 검토하였다.However, since these assumptions cannot always be satisfied, in order to apply a more rigorous estimation method, the present invention has been examined as follows.
즉, 일반적인 상부 열린 구조를 갖는 대형 컨테이너 선박은 도 1과 같은 기하학적 단면 구조로 간략화하여 설명할 수 있으며, 고려해야하는 외력의 성분으로는 수평방향 및 수직방향에 작용하는 모멘트 성분인 M y 및 M z 가 있으며, 단면 왜곡 및 단면 유지와 각각 관계되는 비틀림 모멘트 성분인 T w (Warping 성분) 및 T p (St.Venant)로 구분할 수 있다.That is, a large container ship having a general upper open structure can be briefly described by the geometric cross-sectional structure as shown in FIG. 1, and the components of the external force to be considered are the moment components M y and M z acting in the horizontal and vertical directions. It can be classified into T w (Warping component) and T p (St. Venn), which are torsional moment components respectively related to cross-sectional distortion and cross-sectional retention.
이들 성분들 중에서 비틀림 모멘트 성분의 일반적인 지배 방정식은 다음과 같이 기술된다.Among these components, the general governing equation of the torsional moment component is described as follows.
상기 수학식 1의 비틀림 각에 대한 일반 해는 쌍곡선(hyperbolic function)의 함수가 된다. 상기 EJ
w (E: Young's modulus, J
w : warping moment of inertia)는 와핑 상수(warping constant) Γ를 의미하며, GJ(: shear modulus, J: polar moment of inertia)는 순수 비틀림 강성(torsional rigidity)을 의미하는 St.Venant 성분이 된다.The general solution to the torsion angle of
결과적으로 전체 비틂 모멘트 성분은 수학식 1을 적분하여 다음과 같은 수학식 2를 얻을 수 있다.As a result, the entire torsional moment component may be obtained by integrating
한편, 단면 왜곡현상을 가져오는 warping 성분의 경우는 도 2와 같이 나타낼 수 있으며, 이는 비틀림 모멘트 성분에 의해 발생하며, 순수 warping 변형을 유발하는 비틀림 성분에 대한 변형률 및 응력은 warping 함수 U 와 다음 수학식 3 내지 수학식 5와 같은 관계를 갖는다.On the other hand, the warping component that results in the cross-sectional distortion phenomenon can be represented as shown in Figure 2, which is caused by the torsional moment component, the strain and stress for the torsional component causing the pure warping deformation is warping function U and
여기서 warping 함수 U 는 많은 문헌에 단순한 기하학적 형상에 따른 이론식이 기술되어 있으며, 컨테이너 선과 같은 복잡한 단면 구조를 갖는 경우에는 유한요소모델링에 의한 해석법 등이 자세히 기술되어 있다.The warping function U is described in many literatures based on a simple geometrical form, and in the case of a complicated cross-sectional structure such as a container line, the analysis by finite element modeling is described in detail.
이상의 관계를 이용하여 Bi-모멘트 Bi를 정의하며, 이로부터 비틀림 모멘트 성분을 다음 수학식 6과 같이 기술할 수 있다. By using the above relationship, Bi-moment Bi is defined, and the torsional moment component can be described from Equation 6 below.
여기서, (warping moment of inertia)는 수학식 7과 같고,here, (warping moment of inertia) is the same as Equation 7,
상기 수학식 6 및 7을 통해 수학식 8을 도출할 수 있다.Equation 8 may be derived through Equations 6 and 7.
결과적으로 수학식 8은 거리 d 만큼 떨어진 곳에서의 와핑 변형성분에 의한 길이방향 기울기의 항으로 표현되고 있음을 볼 수 있다.As a result, it can be seen that Equation 8 is expressed in terms of the longitudinal slope due to the warping deformation component away from the distance d .
여기서 d의 거리는 컨테이너선의 화물 적재 공간인 중앙부위의 홀드(hold) 부분 길이의 1/2 보다 작으며, 응력게이지의 길이보다 2배 이상 긴 영역에서 선정하면 되며, 홀드(hold) 중앙을 기준으로 선수/선미 방향으로 d/2 인 지점에 각각 4개의 LBSG를 배치하는 구조를 갖도록 한다.The distance of d is less than 1/2 of the length of hold part in the center of cargo loading space of container ship, and it can be selected in the area more than twice as long as the length of stress gauge. Four LBSGs should be arranged at points d / 2 in the bow / stern direction.
그러나, 종래의 측정방법에서는 상부 열린 구조의 길이 L H 를 활용하여 다음 수학식 9 및 10과 같은 사인(sine)함수로 가정하였다.However, in the conventional measurement method, it is assumed that the sine function as shown in Equations 9 and 10 by utilizing the length L H of the upper open structure.
그러나 컨테이너선의 단면 왜곡 비틀림 성분의 형태를 선수(船首)에서 거주구 앞까지의 길이를 π로 하는 sin 함수 또는 선박 길이 전체를 π로 하는 sin 함수로 활용함에 따른 오차 요인이 존재한다.However, there is an error factor by using the shape of the cross-sectional distortion torsional component of the container ship as a sin function whose length from the bow to the front of the port is set to π or the entire ship length as the sin function.
또한 실제 컨테이너선의 단면이 길이방향에 따라 변화하므로, 이와 같은 모멘트 곡선을 가정한 방법으로는 문제가 상존할 수밖에 없다.In addition, since the cross section of the actual container ship changes along the longitudinal direction, there is no problem but a method assuming such a moment curve.
이와 같은 사실은 NK등의 선급의 자료에서 비틀림 모멘트 성분을 비교적 복잡한 경험식을 활용하도록 하고 있는 것과, 여러 계산 자료에서 얻은 결과들이 일정한 형상으로 가정할 수 없음을 통해서도 알 수 있다.This fact can be seen from the fact that the torsional moment component is made to use a relatively complex empirical formula in the classification data of NK and others, and the results obtained from various calculation data cannot be assumed to be in a certain shape.
한편, LBSG에 수신되는 순수 비틀림 성분은 도 3과 같이 표시할 수 있으나, 도 4 및 5에 표시된 바와 같이 길이방향의 경계조건에 따라 다음과 같은 성질을 갖게 된다. 즉, 고정-고정의 경우는 단면의 축방향 이동은 없으나, 전단 중심으로부터의 거리에 따라 비틀림에 의한 변형이 다르게 나타날 것이며, 자유단-자유단의 경우는 비틀림에 따라 단면의 축방향 이동은 동일하게 나타나지만, 설치된 LBSG(1∼4)에 수신되는 변형량은 무시할 수 있을 정도로 작은 양이 될 것이다.On the other hand, the pure twist component received in the LBSG can be displayed as shown in Figure 3, as shown in Figures 4 and 5 will have the following properties depending on the boundary conditions in the longitudinal direction. That is, in the case of fixed-fixing, there is no axial movement of the cross section, but the deformation due to the torsion will be different according to the distance from the shear center, and in the case of the free end-free end, the axial movement of the cross section is the same according to the torsion. The amount of deformation received by the installed LBSGs 1-4 will be negligibly small.
먼저 전자의 조건을 고려하여 관련식을 유도하여보면 수학식 11과 같으며, 이를 위해 전단중심으로부터 LBSG까지의 떨어진 거리를 r
x 라 정의하면, 와핑에 의한 영향은 순수 비틀림에 비해 상대적으로 작아지게 될 것이다.First of all, considering the former condition, the related equation is derived as shown in
상기 수학식 11에서 εT 는 하기의 수학식 12와 같이 표현되며,Ε T in
또한, 축방향의 응력은 하기의 수학식 13과 같이 기술된다.In addition, the axial stress is described by the following equation (13).
만일 후자의 자유단-자유단 조건이라면 단면의 축방향 이동은 동일하게 발생하나, LBSG의 방향은 비틀림 현상에 따라 동일한 방향으로 비틀림 현상이 발생하여 이 되는 것으로 가정할 수 있으며, 따라서 LBSG에 수신되는 변형량은 무시 가능한 정도를 얻게 될 것이다.In the latter free end-free end condition, the axial movement of the cross section is the same, but the LBSG is twisted in the same direction according to the torsion. It can be assumed that the amount of deformation received in the LBSG will be negligible.
한편, 선체 응력 감시 장치가 설치되는 컨테이너선의 중앙 단면의 관점에서 는 거주구 부분의 벌크헤드(bulkhead)와 선수부의 벌크헤드에 의한 구속조건을 갖고 있으나, 선박 전체로는 자유단-자유단 조건인 형태로 이해된다.On the other hand, from the viewpoint of the central section of the container ship in which the hull stress monitoring device is installed, it has the constraints of the bulkhead of the accommodation port and the bulkhead of the bow, Is understood in form.
따라서 부분적으로 와핑이 구속된 경계조건을 갖게 된다는 가정을 하고 있으며, 결과적으로 후자의 조건으로는 길이 방향 변화량이 LBSG에 영향을 주지 않기 때문에 축방향 변형량의 분해에는 전자의 조건에 관한 관계식을 적용하여야 할 것이다.Therefore, it is assumed that the warping is partially constrained, and as a result, the latter condition does not affect the LBSG. something to do.
한편, 도 6에서 볼 수 있듯이 수평 방향으로 작용하는 모멘트 성분은 주로 파도, 바람 및 해류 등에 발생하며, 굽힘 모멘트 성분으로 간략화될 수 있다. 따라서 수평 굽힘 모멘트 M
y 성분과 변형률 ε
y 의 관계는 수학식 14 및 15와 같이 단면 2차 모멘트 성분 Z
yy 을 이용하여 기술할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 6, the moment component acting in the horizontal direction mainly occurs in waves, wind and currents, etc., it can be simplified into a bending moment component. Therefore, the relationship between the horizontal bending moment M y component and the strain ε y can be described using the cross-sectional secondary moment component Z yy as in
또한, 도 7에서 볼 수 있듯이 수직 방향 모멘트 M z 의 경우는, 주로 화물 배치에 따른 영향 및 선수 피칭 운동에 의해 발생하는 굽힘 모멘트 성분으로 이해할 수 있다. 따라서 변형률 ε z 성분과, 단면의 2차 모멘트 Z zz 성분 을 이용하여 수학식 16 및 17로 정리된다.In addition, as can be seen in Figure 7 the vertical moment M z In the case of, it can be understood as the bending moment component mainly generated by the effect of cargo arrangement and bow pitching motion. Therefore strain ε z Using the component and the second moment Z zz component of the cross section, the equations (16) and (17) are summarized.
이상의 방법을 종합해 보면 종래의 방법은 선체 단면의 비틀림 성분을 추정하기 위해서는 컨테이너 선의 변형과 모멘트 성분에 대한 가정을 활용하였으나, 이와 같은 종래의 방법으로는 컨테이너선의 길이 방향 단면 변화에 따른 영향을 반영하는 것이 현실적으로 불가능한 문제점이 있었다.In summary, the conventional method utilizes the assumptions about the deformation and moment component of the container ship to estimate the torsional component of the ship's cross section. However, the conventional method reflects the effect of the change in the longitudinal cross section of the container ship. There was a problem that it was practically impossible to do.
따라서 본 발명은 선체의 중앙 단면 2곳에 상호 d만큼 떨어져 설치된 8개의 LBSG를 이용하여 각 단면에서의 변형률 성분을 구하고, 이들을 활용하여 단면 사이의 변형률의 기울기를 구함으로써 컨테이너 선에 작용하는 비틀림 모멘트 성분을 정확히 구할 수 있는 선체응력감시장치 및 이를 이용한 선박의 외부 작용모멘트의 추정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention obtains the strain component in each cross section using eight LBSGs installed at two center cross sections of the hull by a distance d, and uses the torsional moment component acting on the container line by using these to obtain the slope of the strain between the cross sections. The purpose of the present invention is to provide a hull stress monitoring device that can accurately calculate the and a method of estimating the external working moment of a ship using the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상기 선체 내측의 중앙단면을 따라 4개의 응력게이지를 상하/ 좌우 대칭되도록 배치하고, 상기 4개의 응력게이지로부터 길이방향으로 컨테이너선 중앙부에 해당하는 컨테이너 홀드 길이의 1/2보다는 작고, 응력게이지(LBSG)의 길이보다는 2배이상 길게 이동하여 추가로 4개의 응력게이지를 선체 내측의 중앙단면을 따라 배치시킨다.In order to achieve the above object, the present invention arranges four stress gauges vertically and symmetrically along a central cross section inside the hull, and lengths of container hold corresponding to the center of the container ship in the longitudinal direction from the four stress gauges. Less than one-half of, and move more than twice as long as the length of the stress gauge (LBSG), additionally four stress gauges are arranged along the central section inside the hull.
또한, 상기 응력게이지는 컨테이너 홀드 길이 방향의 중심으로부터 선수 및 선미방향으로 각각 d/2인 거리에 각각 4개씩 설치된다.In addition, four stress gauges are respectively provided at a distance of d / 2 in the bow and stern directions from the center of the container hold in the longitudinal direction.
본 발명의 선체응력감시장치를 이용한 컨테이너선의 외부 작용모멘트의 계산방법은 다음과 같다.The calculation method of the external working moment of the container ship using the hull stress monitoring value of the present invention is as follows.
먼저, 상기 각 단면에 설치된 4개의 응력게이지의 출력은 길이방향의 변형량이 되며,이들은 (여기서, 은 측정된 변형량 벡터이고, 는 측정량과 각 성분과의 관계를 나타내는 행렬로서 단면의 기하하적 특성에 의해First, the outputs of the four stress gauges installed in each of the cross sections are the amount of deformation in the longitudinal direction. (here, Is the measured strain vector, Is a matrix representing the relationship between measurand and each component.
으로 기술되며, 은 서로 독립적인 변형량 성분 벡터인 으로 기술된다. 또한, ε y 는 수평 모멘트 성분에 의한 변형량, ε z 는 수직 모멘트 성분에 의한 변형량, ε w 는 단면 왜곡 비틂 모멘트 성분에 의한 변형량, ε T 는 순수 비틂 모멘트 성분에 의한 변형량, y B 및 y T 는 폭 방향의 중립축으로부터 제1 과 제2 응력게이지 및 제3 과 제4 응력게이지까지의 거리, z B 및 z T 는 각각 중립축으로부터 LBSG의 높이 방향 거리이다)와 같이 표현되는 단계와; 상기 각각의 단면에 대한 변형률의 차이를 바탕으로 와 같이 단면 왜곡 비틂 모멘트 성분에 의한 변형량의 차를 구하는 단계와; 상기 변형량의 차이로부터, 와 같이 단면 왜곡 비틂 모멘트 성분을 추정하는 단계로 이루어진다.Described as Is a vector of strain components independent of each other Is described. Ε y is the deformation amount due to the horizontal moment component, ε z is the deformation amount due to the vertical moment component, ε w is the deformation amount due to the cross-sectional distortion ratio moment component, ε T is the deformation amount due to the pure torque moment component, y B And y T is the distance from the neutral axis in the width direction to the first and second stress gauges and the third and fourth stress gauges, z B and z T Are each the height direction distance of the LBSG from the neutral axis; Based on the difference in strain for each cross section Obtaining a difference in deformation amount due to the cross-sectional distortion torque moment component as follows; From the difference in the deformation amount, Estimating the cross-sectional distortion torque moment component as follows.
따라서, 상기와 같은 본 발명에 있어서는 종래의 방법과 같이 한 단면에만 LBSG를 설치하였을 때 필요한 비틂 모멘트 성분의 가정 곡선을 배제할 수 있어, 컨테이너 선의 외력 모멘트 성분의 감시에 매우 유용하며, 아울러 컨테이너가 대형화하면서 엔진 공간 및 거주구 공간 분리 등에 따라 길이 방향에 따른 비틀림 모멘트 성분의 분포를 가정할 수 없는 일반적인 경우에도 효과적으로 적용할 수 있는 전선 모멘트 성분의 감시 시스템으로도 적용이 가능하다.Therefore, in the present invention as described above, it is possible to exclude the hypothesis curve of the torsional moment component required when the LBSG is provided only on one cross section as in the conventional method, which is very useful for monitoring the external force moment component of the container ship. It is also applicable to the monitoring system of wire moment components, which can be effectively applied even in general cases where the distribution of the torsional moment components along the longitudinal direction cannot be assumed due to the large size and separation of the engine space and the accommodation space.
(실시예)(Example)
첨부한 도면을 참고하여 본 발명에 따른 선체응력감시장치를 이용한 컨테이너선의 외부 작용모멘트의 추측방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the accompanying drawings, a method of estimating an external working moment of a container ship using a hull stress monitoring device according to the present invention will be described.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 외부 작용모멘트 추측방법을 수행하기 위해 컨테이너선의 선체 중앙 단면에 다수의 LBSG(long base strain gauge)가 설정된 상태를 나타내는 개략단면도 및 개략사시도이다.8A and 8B are schematic cross-sectional views and schematic perspective views showing a state in which a plurality of LBSGs (long base strain gauges) are set in the central section of the hull of the container ship to perform the external acting moment estimation method of the present invention.
본 발명에서 제안하는 LBSG의 설치 형태는 도 8a와 같이 선체(20) 내측의 중앙 단면에 4개의 LBSG(11∼14)를 각각 설치하고, 도 8b와 같이 4개의 LBSG(11∼14)로 부터 소정거리 즉, 도 8b와 같이 d만큼 쉬프트시켜 4개의 LBSG(15∼18)를 선체(20)의 내측 단면에 설치한다.In the installation form of the LBSG proposed in the present invention, four
여기서, 외력 모멘트에 의해 4개의 LBSG(11∼14) 의 출력은 길이방향의 변형량이 되며, 하기의 수학식 18과 같이 표현되는 측정된 변형량 벡터인 으로부터 수학식 19 및 20과 같이 서로 독립인 변형량 성분 벡터 를 구할 수 있다.Here, the output of the four
여기서 는 측정된 변형량이고, 는 측정량과 각 성분과의 관계를 나타내는 변환 행렬이며, 는 변형량 성분들로서, 제1 LBSG(11)를 기준으로here Is the measured strain, Is a transformation matrix representing the relationship between the measurand and each component, Are strain components, based on the first LBSG (11)
수평 모멘트 성분에 의한 변형량: ε 1y = - ε y Deformation due to the horizontal moment components: ε 1y = - ε y
수직 모멘트 성분에 의한 변형량: ε 1z = ε z Deformation due to the vertical moment component: ε 1z = ε z
단면 왜곡 비틂 모멘트 성분에 의한 변형량: ε 1w = ε w Strain due to section distortion ratio moment component: ε 1w = ε w
순수 비틂 모멘트 성분에 의한 변형량: ε 1T = ε T Deformation due to pure torsional moment component: ε 1T = ε T
과 같이 정의한 성분이다.It is defined as
또한 폭 방향의 중립축으로부터 상부측 LBSG(11,12) 및 하부측 LBSG(13,14)까지의 거리를 각각 y B 및 y T 로 정의하며, z B 및 z T 는 중립축으로부터 LBSG의 하부 및 상부 높이를 의미한다.Further, the distances from the neutral axis in the width direction to the upper LBSG (11, 12) and the lower LBSG (13, 14) are respectively y B. And y T , z B and z T Is the lower and upper height of the LBSG from the neutral axis.
아울러, U 1 및 U 3 은 상부측 LBSG(11,12) 및 하부측 LBSG(13,14)의 와핑펑션(warping function)을 의미하며, 이는 단면의 기하학적 성질로부터 결정된다.In addition, U 1 and U 3 mean warping functions of the upper LBSG (11, 12) and the lower LBSG (13, 14), which is determined from the geometric properties of the cross section.
한편, 이러한 관계는 도 8b와 같이 d만큼 이동된 단면인 LBSG(15∼18)가 배치된 단면에 대해서도 동일하게 적용되며, 기호의 편의상 첨자 a를 활용하여 인접단면에서의 값을 표현하고, 양 단면에서 측정된 값의 차이를 유도하면 수학식 21과 같이 간략화된다.On the other hand, this relationship is similarly applied to the cross section in which the
상기 수학식 21에서 및 은 각각 하기의 수학식 22 및 23과 같이 표현된다.In Equation 21 And Are represented by Equations 22 and 23, respectively.
여기서 변환 행렬 는 두 단면에서 동일한 값을 갖는 경우로 정의한다. 따라서 위의 방정식을 풀면, 하기 수학식 24와 같이 단면 왜곡 비틀림 모멘트 성분에 의한 변형량의 차를 구할 수 있다.Where the transformation matrix Is defined as the case having the same value in both cross sections. Therefore, by solving the above equation, it is possible to obtain the difference of the deformation amount due to the cross-sectional distortion torsional moment component as shown in the following equation (24).
상기 수학식 24와 같이 단면 왜곡 비틀림 모멘트 성분에 의한 변형량의 차이로 부터, 수학식 25와 같이 단면 왜곡 비틂 모멘트 성분을 추정할 수 있게 된다.As shown in Equation 24, the cross-sectional distortion torsion moment component can be estimated from Equation 25 from the difference of the deformation amount due to the cross-sectional distortion torsional moment component.
이로써 종래의 측정방법에서 활용하였던 수학식 9 및 10이 안고 있는 여러 가정들을 배제한 형태의 관계식을 얻을 수 있다.As a result, a relational expression in the form of excluding various assumptions contained in Equations 9 and 10 used in the conventional measurement method can be obtained.
따라서 본 발명은 도 8b와 같이 선체(20)의 중앙 단면 2곳에 상호 d만큼 떨어져 설치된 8개의 LBSG(11∼18)를 이용하여, 각 단면에서의 변형률 성분을 구하고, 이들을 활용하여 단면 사이의 변형률의 기울기를 구함으로써 컨테이너 선에 작용하는 비틀림 모멘트 성분을 정확히 구할 수 있다.Therefore, the present invention, using the eight LBSG (11 to 18) installed in the two center cross-sections of the
상기한 본 발명에 있어서는 종래의 방법과 같이 한 단면에만 LBSG를 설치하였을 때 필요한 비틂 모멘트 성분의 가정 곡선을 배제할 수 있어, 컨테이너 선의 외력 모멘트 성분의 감시에 매우 유용하며, 아울러 컨테이너가 대형화하면서 엔진 공간 및 거주구 공간 분리 등에 따라 길이 방향에 따른 비틀림 모멘트 성분의 분포를 가정할 수 없는 일반적인 경우에도 효과적으로 적용할 수 있는 전선 모멘트 성 분의 감시 시스템으로도 적용이 가능한 이점이 있다.In the present invention described above, the assumption curve of the torsional moment component required when the LBSG is provided in only one end face as in the conventional method can be eliminated, which is very useful for monitoring the external force moment component of the container ship, and the engine as the container is enlarged. According to the separation of space and residence space, there is an advantage that it can be applied to the monitoring system of wire moment component that can be effectively applied even in general case where distribution of torsional moment components along the longitudinal direction cannot be assumed.
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