KR101327964B1 - 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법 - Google Patents

조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법에 관한 것으로서, 선박의 설계에 관한 복수의 2차원 전자도면 데이터를 준비하는 단계와; 상기 복수의 2차원 전자도면 데이터를 유한요소모델링을 위한 복수의 2차원 선(line) 데이터로 변환하는 단계와; 상기 복수의 2차원 선 데이터를 각각 상기 선박에서의 해당 위치로 정렬하는 단계와; 상기 정렬된 복수의 2차원 선 데이터를 병진 및 회전 이동을 통해 복사함으로써 상기 선박에 대한 3차원 선 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 3차원 선 데이터에 속하는 선들의 교차점에 노드를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 선박의 설계에 관한 2차원 전자도면 데이터로부터 3차원 정보를 유한요소 모델링에 충분한 수준으로 손쉽고 정확하게 추출하여 모델링에 활용하는 일련의 프로세스, 즉 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법을 제공할 수 있다.

Description

조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법{FEM MODELING METHOD FOR VIBRATION ANALYSIS OF COMMERCIAL VESSEL IN SHIPBUILDING INDUSTRY}
본 발명은 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 설계에 관한 2차원 전자도면 데이터로부터 유한요소 해석을 위한 3차원 모델을 생성하는 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법에 관한 것이다.
유한요소법(Finite Element Method)은 실제 제품을 생산하기 전에 상기 제품의 3차원 모델링 데이터를 생성하여 이에 대한 가상의 실험을 수행함으로써 상기 제품의 설계를 최적화할 수 있도록 해주는 유용한 툴(tool)로서 산업계 전반에 걸쳐 널리 이용되고 있는 실정이다.
이러한 유한요소법은, 일반적으로 해석 대상인 제품에 대한 3차원 전자도면 데이터를 완성한 후에 수행될 수 있다. 즉, 상기 3차원 전자도면 데이터를 이용하여 메쉬(mesh) 작업을 수행하여 유한요소 모델을 얻은 다음, 이 유한요소 모델에 대하여 가상의 외력을 작용시켜 응력분포 등에 관한 데이터를 얻어내는 것이다.
그러나, 이러한 일반적인 유한요소법의 적용과 달리 조선산업에서 수행되는 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법에 있어서는, 대개 유한요소 모델을 생성하기 위한 3차원 데이터가 준비되어 있지 않은 관계로 도 1에 도시된 바와 같이 해석 대상인 선박에 관한 2차원의 도면(1)을 엔지니어가 직접 읽어가며 대응되는 위치마다 3차원 노드(node)를 생성함으로써 전선진동해석을 위한 선박의 유한요소 모델(도 2 참조)을 생성해왔다. 이와 같이 생성된 유한요소 모델(2)에 대하여는 도 2에 도시된 바와 같은 응력해석을 수행함으로써 해석 데이터를 얻을 수 있다.
이와 같이, 조선산업에서 수행되는 전선진동해석에 있어서 해석 대상인 선박에 대한 유한요소 모델을 생성하는데 많은 수고와 시간이 소요됨에 따라 유한요소 모델링의 효율성이 저하될 뿐 아니라 생성된 유한요소 모델의 정확성 또한 떨어지게 되어 정확한 해석 데이터를 얻어낼 수 없다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 선박의 설계에 관한 2차원 전자도면 데이터로부터 3차원 정보를 유한요소 모델링에 충분한 수준으로 손쉽고 정확하게 추출하여 모델링에 활용하는 일련의 프로세스, 즉 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법에 있어서, 선박의 설계에 관한 복수의 2차원 전자도면 데이터를 준비하는 단계와; 상기 복수의 2차원 전자도면 데이터를 유한요소모델링을 위한 복수의 2차원 선(line) 데이터로 변환하는 단계와; 상기 복수의 2차원 선 데이터를 각각 상기 선박에서의 해당 위치로 정렬하는 단계와; 상기 정렬된 복수의 2차원 선 데이터를 병진 및 회전 이동을 통해 복사함으로써 상기 선박에 대한 3차원 선 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 3차원 선 데이터에 속하는 선들의 교차점에 노드를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법을 제공한다.
여기서, 상기 복수의 2차원 선 데이터로 변환하는 단계는, 유한요소 전처리기를 이용하여 상기 복수의 2차원 전자도면 데이터를 상기 복수의 2차원 선 데이터로 변환하는 단계일 수도 있다.
그리고, 상기 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법에서는 상기 복수의 2차원 선 데이터 간 서로 상이한 축척을 동일한 축척으로 통일시킨 다음 상기 병진 및 회전 이동을 수행할 수도 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법에 의하면, 선박의 설계에 관하여 기 작성된 복수의 2차원 전자도면 데이터를 활용하여 유한요소해석에 필요한 3차원 선 데이터를 생성할 수 있으므로 선박의 유한요소 모델링에 충분한 3차원 정보를 손쉽고 정확하게 추출하여 모델링에 활용하는 일련의 프로세스를 달성할 수 있다.
도 1은 선박에 관하여 종래 일반적으로 제공되는 2차원 도면,
도 2는 도 1의 2차원 도면으로부터 생성되는 유한요소 모델의 입체도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법에 사용되는 복수의 2차원 전자도면 데이터를 도시한 측면도,
도 4는 도 3의 복수의 2차원 전자도면 데이터를 유한요소 모델링을 위해 변환하여 얻어지는 복수의 2차원 선 데이터를 도시한 도면들,
도 5 및 도 6은 도 4의 복수의 2차원 선 데이터로부터 선박에 대한 3차원 선 데이터가 얻어지는 과정을 순차로 도시한 입체도,
도 7은 도 6의 3차원 선 데이터로부터 생성되는 노드를 도시한 부분 측면도,
도 8은 도 7의 노드 생성이 완료되어 얻어지는 선박의 유한요소 모델의 입체도이다.
본 발명의 실시예에 따른 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법은 기본적으로 도 3에 도시된 바와 같이 선박의 설계에 관하여 기 작성된 복수의 2차원 전자도면 데이터(11)를 준비하는 단계를 포함한다.
여기서, 2차원 전자도면이라 함은 AutoCAD, Tribon 등의 2차원 도면을 그릴 때 사용하는 CAD 프로그램을 통해 작성되는 도면으로서 컴퓨터로 판독되는 데이터 형태로 제공되는 것을 의미한다. 이들 데이터는 일반적으로 DXF(Drawing Exchange Format) 또는 IGES(Initial Graphics Exchange Specifications) 파일 포맷으로 제공될 수 있다.
그리고, 상기와 같이 준비된 복수의 2차원 전자도면 데이터(11)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 유한요소 모델링에 직접적으로 이용되는 복수의 2차원 선(line) 데이터(12)로 변환된다.
이때의 변환은 유한요소 전처리기(ex. Hypermesh, PATRAN 등)를 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 하이퍼메쉬(Hypermesh)를 이용하여 상기 복수의 2차원 전자도면 데이터(11)로부터 지오메트리(Geometry) 정보 및 이를 통해 선(line) 정보, 즉 상기 복수의 2차원 선 데이터(12)를 얻어낼 수 있다.
이때, 상기 얻어지는 선 정보, 즉 복수의 2차원 선 데이터(12) 간에는 축척이 다를 수 있으므로, 상기 복수의 2차원 선 데이터(12)가 얻어진 다음에는 이들 간 서로 상이한 축척을 동일한 축척으로 통일시킬 필요가 있다.
다음으로, 상기와 같이 축척이 통일된 복수의 2차원 선 데이터(12)에 대하여는 각각 전체 선박에서의 해당 위치로 정렬시키는 단계가 수행되며, 엔지니어는 이때의 정렬된 각 위치로부터 선박의 설계도면 등을 참조하여 개개의 2차원 선 데이터(12)에 대하여 동일 내지 근사한 범위에까지 해당 2차원 선 데이터(12)를 병진 및 회전 이동을 시켜 복사하는 과정(도 5의 13 참조)을 반복함으로써 최종적으로는 도 6에 도시된 바와 같이 전체 선박에 대한 3차원 선 데이터(14)를 생성한다.
생성된 3차원 선 데이터(14)에 대하여는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 병진 및 회전 이동을 통해 생성되는 다수의 선들(15) 간 서로 교차하는 교차점(C 등)에 노드(node)를 생성하는 단계가 수행된다.
이와 같이 생성되는 노드들을 매개로 함으로써 전선진동해석의 개념에 맞는 요소들(element)을 생성하면 비로소, 도 8에 도시된 바와 같이, 전선진동해석용 유한요소 3차원 모델(16)이 얻어진다. 참고로, 전선진동해석의 경우 개별 요소의 크기가 상당히 크다.
마지막으로, 3차원 도면이 준비되더라도 반드시 거쳐야 하는 과정인 평판이나 보 구조물의 단면과 재료의 물성치를 입력하면 전선진동해석을 위한 모델링 작업이 완성된다.
한편, 이상에서 설명된 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과한 것이므로 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 상기 설명된 바에 한정되는 것으로 이해되어서는 곤란하다.
본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.
11: 2차원 전자도면 데이터
12: 2차원 선(line) 데이터
13, 14: 3차원 선 데이터
15: 노드가 생성된 3차원 선 데이터
16: 전선진동해석용 3차원 유한요소 모델

Claims (3)

  1. 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법에 있어서,
    선박의 설계에 관한 복수의 2차원 전자도면 데이터를 준비하는 단계와;
    상기 복수의 2차원 전자도면 데이터를 유한요소모델링을 위한 복수의 2차원 선(line) 데이터로 변환하는 단계와;
    상기 복수의 2차원 선 데이터를 각각 상기 선박에서의 해당 위치로 정렬하는 단계와;
    상기 정렬된 복수의 2차원 선 데이터를 병진 및 회전 이동을 통해 복사함으로써 상기 선박에 대한 3차원 선 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 3차원 선 데이터에 속하는 선들의 교차점에 노드를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 선 데이터로 변환하는 단계는,
    유한요소 전처리기를 이용하여 상기 복수의 2차원 전자도면 데이터를 상기 복수의 2차원 선 데이터로 변환하는 단계인 것을 특징으로 하는 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 2차원 선 데이터 간 서로 상이한 축척을 동일한 축척으로 통일시킨 다음 상기 병진 및 회전 이동을 수행하는 것을 특징으로 하는 조선산업에서의 전선진동해석용 유한요소 모델링 방법.
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