KR101489778B1 - 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법 - Google Patents

좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 좌초 사고가 발생한 선박의 안전성 평가를 위해 이용되는 R-D(잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표) 다이어그램 개발에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 좌초선박의 R-D 다이어그램 도출방법은, 선박의 종류를 선택하고 그 선박의 특성을 정의할 수 있는 각 부위별 치수 및 주요 제원을 산정하는 단계와, 상기 선박에서 발생할 수 있는 손상의 종류 및 손상의 양을 포함하는 손상 정보에 대해 정의하는 단계와, 상기 정의된 손상 정보를 바탕으로 해당 선박을 모델링하는 단계와, 상기 선박에 가해지는 하중 조건을 산정하고, 상기 손상을 고려해 모델링된 선박의 잔류최종 종강도를 해석하는 단계 및 선박의 좌초사고 시나리오를 통해 좌초손상지표(GDI)를 얻어 상기 잔류최종 종강도 해석 결과를 R-D 다이어그램으로 도출하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법 {Method for development of residual strength versus grounding damage index diagram for corroded ships}
본 발명은 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 좌초 사고가 발생한 선박의 안전성 평가를 위해 이용되는 R-D(잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표) 다이어그램 개발에 관한 것이다.
선박의 충돌 사고나 좌초는 지속적인 회피 노력에도 계속 일어나고 있는 실정이며, 선박의 안전과 해양 환경의 보존을 위해서는 사고 가능성을 줄이고 사고의 결과를 검증하는 것이 중요하다.
일반적으로 선박의 충돌과 좌초는 구조적인 손상과 해양 오염, 선각붕괴(hull collapse)를 초래하는데, 유조선 등 선박이 좌초하게 되면 막대한 해양 오염의 위험에 직면하게 되기 때문에 신속한 대처가 그 어느 경우보다 절실히 요구되며, 정확한 대처 방안을 마련하기 위해서는 좌초된 선박의 구조적 강도가 어느 정도인지를 최대한 빠른 시간에 파악하는 것이 관건이라 할 수 있다.
충돌 또는 좌초된 선박의 생존시간을 추정하는 시스템에 관한 선행 특허문헌으로는 한국등록특허 제10-1090897호의 "탑재형 실시간 선박생존시간 추정시스템"을 들 수 있다.
이 선행특허는 선박의 충돌 및 좌초 손상 시의 손상 시나리오를 사전에 데이터베이스화하고, 이를 바탕으로 실제 사고 발생시 승조원들이 손쉽게 선박의 생존 시간을 실시간으로 확인할 수 있도록 지원하는 실시간 선박생존시간 추정시스템 및 방법에 관한 것으로, 선박에 대한 각 피해 상황을 예측 가능한 손상 시나리오로 구성하고(손상 시나리오 데이터), 각각의 손상 시나리오에 대응하는 개별적인 선박생존시간(선박생존시간 데이터)을 데이터베이스로 구축한 정보에 기초하여, 선박 피해 입력 모듈을 통해 입력된 피해 상황을 기반으로 하여 생존시간 DB로부터 실제 피해 상황과 일치하는 손상 시나리오 및 이에 대응하는 선박생존시간 데이터를 검색, 제공한다.
그러나 이 선행특허는 손상 시나리오 및 이에 대응하는 개별적인 선박생존시간을 데이터베이스화한 것을 전제로 하고 있으므로, 막대한 분량의 손상 시나리오 및 선박생존시간이 확보되어야 하는 문제점이 있다.
또한, 기존에 구축되어 있는 손상 시나리오 중 선박 피해 입력 모듈을 통해 입력된 피해 상황과 정확히 일치하는 것이 없는 경우에는 가장 유사한 경우를 유추하여 검색된 결과를 제공한다고 하지만, 어떠한 기준에 의해 가장 유사한 경우를 유추하는 것인지에 대해서는 명확하게 제시하고 있지 못하고 있다.
이런 문제점을 해결하기 위해 선행 특허문헌 한국 특허출원 제10-2012-0130406호에는 좌초 사고가 발생한 선박의 안전성 평가를 위한 다이어그램이 개시되어 있다.
상기 다이어그램은 가로축에 좌초손상지표(Grounding damage index), 세로축에 잔류최종 종강도성능을 나타냄으로써 두 가지 변수의 상관관계를 통해 도출한 2차식 관계의 커브 피팅식(경험식)을 뜻하는 것으로, 이 선행특허에 의해 실제 좌초 손상과 비슷하면서도 해석을 수행할 신뢰할만한 한정된 손상 시나리오를 바탕으로 좌초된 선박의 안전도 평가방법을 제공할 수 있고, 신속한 구조 계획을 수립할 수 있으며, 신규로 건조되는 선박의 좌초 손상에 대한 구조적 강건성을 평가하는데 활용할 수 있다.
그러나 이 선행특허는 최초 선박이 건조된 시점에서의 치수(As-built scantling)를 기반으로 좌초 손상을 고려하고 있는 문제점이 있으며, 실제로 운항하는 선박의 경우 설계수명(보통 20-25년) 동안 언제 어디에서 사고 혹은 기타 원인으로 인한 손상이 발생할지 예측하기 힘들다.
실제로 부식손상이 발생한 경우 상기 종래 방법을 통해 R-D 다이어그램을 도출할 경우에 초기치수의 결과와 상당히 차이가 난다(도 7 참조).
또한, 운항기간 동안 자연스레 부식손상(부재치수두께 감소)이 발생하여 부식손상과 운항경로(일반항로 혹은 북극항로)에 따른 다른 R-D 다이어그램 도출이 필요하지만 이를 고려할 수 없고, 크기가 다른 선박들의 정확한 R-D 다이어그램을 구현하지 못한다는 한계가 있었다.
또한, 부식 및 선박의 크기 효과 이외에도 운항경로에 따른 온도변화 등의 기타 환경변수에 따른 효과를 구현하지 못하는 한계가 있었다.
그리고 손상이 발생한 구조물의 해석을 위해 개선된 Paik-Mansour법을 사용하였으나, 해석 정도가 떨어지는 문제점이 있었다.
한국 등록특허 제10-1090897호 한국 특허출원 제10-2012-0130406호
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 선박의 크기, 부식손상 정도, 운항경로에 따른 온도효과 등 다양한 변수들을 고려한 개선된 R-D 다이어그램 개발법을 제시함으로써 해당 선박의 안전성 평가를 좀 더 높은 신뢰도와 더불어 효율적으로 실시함은 물론 얻어진 평가결과를 바탕으로 신속 정확한 구조계획을 수립할 수 있게 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법은 (a) 선박의 종류를 선택하고 그 선박의 특성을 정의할 수 있는 각 부위별 치수 및 주요 제원을 산정하는 단계;
(b) 상기 선박에서 발생할 수 있는 손상의 종류 및 손상의 양을 포함하는 손상정보에 대해 정의하는 단계;
(c) 상기 (b)단계에서 정의된 손상 정보를 바탕으로 해당 선박을 모델링하는 단계:
(d) 상기 선박에 가해지는 하중 조건을 산정하고, 상기 손상을 고려해 모델링된 선박의 잔류최종 종강도를 해석하는 단계; 및
(e) 선박의 좌초사고 시나리오를 통해 좌초손상지표(GDI)를 얻어 상기 (d)단계에서 해석한 잔류최종 종강도 해석결과를 R(잔류최종 종강도성능)-D(좌초손상지표) 다이어그램으로 도출하는 단계; 를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 (b)단계에서 손상의 종류를, 사고와 관련된 손상, 노후화와 관련된 손상 및 기타 손상으로 분류하여, 사고와 관련된 손상으로 좌초손상을, 노후화와 관련된 손상으로 부식손상을 정의하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 손상의 양은, 좌초손상의 경우에 좌초사고 시나리오 산정을 기반으로 하고, 부식손상의 경우에 공통구조규칙(Common structural rule, CSR)과 일치하는 경향을 보이는 시간의존형 부식모델을 적용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d)단계에서 호깅하중 하와 새깅하중 하에서 좌초사고 시나리오별로 잔류최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c)단계에서 좌초손상의 경우 좌초손상이 발생한 부재를 제거하는 방법을 적용하고, 부식손상의 경우 부식이 발생한 부재의 모든 두께를 일정하게 감소시키는 방법을 적용하여 선박을 모델링하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d)단계에서 선박에 가장 큰 영향을 미치는 수직굽힘모멘트을 하중 조건으로 산정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d)단계에서 운항 조건을 더 산정하되, 일반항로를 운항 조건으로 산정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d)단계에서 대형유한요소법(ISFEM)을 사용하여 잔류최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d)단계에서 선박의 건조 초기상태와 완전 부식상태를 포함하는 최소한 3가지 이상의 부식손상을 고려하여 잔류최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (e)단계에서 잔류최종 종강도성능과 좌초손상지표를 두 축으로 하는 2차원 R-D 다이어그램을 도출한 후, 시간을 변수로 하는 축을 추가로 생성시켜 시간의존형 3차원 R-D 다이어그램을 도출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (e)단계에서 좌초손상지표는, 기하학적 구조, 치수 및 물성치를 포함하는 선박의 구조를 특정하는 단계와,
좌초된 선박의 손상된 위치와 정도를 특정짓는 4개의 손상 파라미터를 정의하는 단계와,
상기 4개의 손상 파라미터의 확률밀도분포에 기초한 샘플링 기법을 적용하여 한정된 개수의 좌초사고 시나리오를 선정하는 단계와,
상기 선정된 좌초사고 시나리오 각각에 대해 아래의 수학식에 의해 정의되는 선박의 좌초손상지표(GDI)를 계산하는 단계를 통해 얻는 것을 특징으로 한다.
<수학식>
Figure 112013062816517-pat00001
여기서 AD _ OB는 좌초 손상에 의해 감소된 외측 바닥벽의 면적, AI _ OB는 외측 바닥벽의 본래 면적, AD _ IB는 좌초 손상에 의해 감소된 내측 바닥벽의 면적, AI _IB는 내측 바닥벽의 본래 면적, γ는 선박의 잔류 최종 종강도에 내측 바닥벽이 기여하는 정도를 반영하기 위한 상관계수(correction factor)이다.
또한, 상기 시간의존형 3차원 R-D 다이어그램 도출 후, 시간변화에 따른 좌초손상지표를 추측하기 위해 시간 대비 상관계수의 관계를 밝히는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시간의존형 3차원 R-D 다이어그램에 나타낸 점을, 추세를 나타내는 면의 방정식으로 구성하여 경험식을 도출하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경험식을 안정적으로 도출하기 위해 (d)단계에서 최소한 4가지 이상의 부식시점을 고려하여 잔류최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선박이 아프라막스급(Aframax) 이중선체 유조선인 경우 호깅하중 하와 새깅하중 하에서 도출된 3차원 R-D 다이어그램의 경험식은 각각 아래의 수학식인 것을 특징으로 한다.
<수학식 5>
Figure 112013062816517-pat00002
<수학식 6>
Figure 112013062816517-pat00003
또한, 상기 (e)단계에서 잔류최종 종강도와 좌초손상지표를 두 축으로 하는 2차원 R-D 다이어그램을 도출한 후, 선박의 크기를 변수로 하는 축을 추가로 생성시켜 3차원 R-D 다이어그램을 도출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 3차원 R-D 다이어그램에 나타낸 점을, 추세를 나타내는 면의 방정식으로 구성하여 경험식을 도출하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 (a)단계에서 선택된 선박의 종류는 이중선체 유조선인 것을 특징으로 한다.
상술한 과제의 해결 수단에 의하면 부식손상 및 선박의 크기 영향 등을 고려할 수 있는 개선된 R-D 다이어그램(3차원 R-D 다이어그램)을 통해 기존의 R-D 다이어그램에 비해 비약적으로 향상된 해석결과(99% 이상의 정확도)를 도출할 수 있다.
이와 더불어 언급된 변수들과 관련된 상관계수의 변화를 경험식으로 도출할 수 있다.
또한, 제시된 시간의존형 3차원 R-D 다이어그램을 통해 건조된 지 몇 년이 지난 시점에서 좌초사고가 발생했을 때 해당 선박의 잔류최종 종강도를 손쉽게 얻어냄으로써 구난 및 구명활동에 큰 도움을 주며, 선박의 안전성 평가에 대한 판단기준을 제시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부식손상을 고려한 좌초선박의 R-D 다이어그램 도출방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 선박의 기본 주요 제원 변수들을 정의하고 있는 도면이다.
도 3은 공통구조규칙이 적용된 이중선체 유조선의 단면과 해당 부재별 부식 손상량을 고려해 부식마진을 나타낸 도면이다.
도 4는 현존하는 시간의존형 부식모델 중 도 3의 결과와 비슷한 결과를 나타내는 7.5년의 코팅수명을 가진 Severe 레벨의 부식모델이다.
도 5는 선박의 수명과 잔류최종 종강도성능의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6a와 도 6b는 본 발명에서 적용된 대형유한요소법과 종래 Paik-Mansour방법을 기반하여 도출된 R-D 다이어그램을 비교한 도면이다.
도 7은 도 4의 시간의존형 부식모델을 적용하고, 19년의 부식수명에서 호깅 및 새깅하중 하에 도출된 R-D 다이어그램을 보여주는 그래프이다.
도 8은 4가지 부식수명에서 호깅하중 하에 도출된 R-D 다이어그램을 보여주는 그래프이다.
도 9는 부식손상을 고려한 본 발명에 따른 3차원 R-D 다이어그램의 형상을 보여주는 도면이다.
도 10은 선박크기 효과를 고려한 본 발명에 따른 3차원 R-D 다이어그램의 형상을 보여주는 도면이다.
도 11은 시간과 상관계수의 관계를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부식손상을 고려한 좌초선박의 R-D 다이어그램 도출방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1단계(S10)에서는 대상 구조물(선박)의 종류를 선택하고 선박의 특성을 정의할 수 있는 선박의 각 부위별 치수 및 주요 제원을 사정한다.
제2단계(S20)에서는 선박에서 일어나는 손상의 종류 및 손상의 양을 포함하는 손상 정보에 대해 정의한다.
제3단계(S30)에서는 상기 제2단계(S20)에서 정의된 손상 정보를 바탕으로 해당 선박의 모델링 작업을 수행한다.
제4단계(S40)에서는 상기 선박에 가해지는 하중 조건과 운항 조건을 산정하고 상기 손상을 고려해 호깅 및 새깅하중 하에서 모델링된 선박의 잔류최종 종강도 해석을 수행한다.
제5단계(S50)에서는 좌초사고 시나리오를 통해 선박의 좌초손상지표(GDI)를 얻어 상기 제4단계(S40)에서 해석한 호깅 및 새깅하중 하 잔류최종 종강도 해석 결과를 2차원 R-D 다이어그램으로 도출한다.
제6단계(S60)에서는 2차원 R-D 다이어그램에서 시간 변화를 한 축으로 하는 3차원 R-D 다이어그램을 도출한다.
제7단계(S70)에서는 상기 3차원 R-D 다이어그램을 바탕으로 추세선을 이용해 부식손상과 좌초사고가 발생한 선박의 안전성 평가를 위한 경험식을 도출한다.
이와 같은 일련의 연산과정은 컴퓨터로 판독가능한 기록매체가 저장된 시뮬레이션 시스템에 의해서 이루어짐은 물론이다.
이하의 실시예에서 상기 각 단계를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
<실시예>
본 실시예는 대상 선박으로 부식손상이 발생한(건조한 지 13년, 19년, 25년이 지난) 아프라막스급 이중선체 유조선을 적용함으로써 건조한 지 일정 시간이 지난 선박에 좌초 손상가 발생했을 때 안전성 평가를 수행할 수 있는 3차원 R-D 다이어그램을 도출하고자 한다.
먼저 제1단계(S10)에서는 대상 구조물(선박)의 종류를 선택하고 선박의 특성을 정의할 수 있는 선박의 각 부위별 치수 및 주요 제원을 산정한다.
전술한 바와 같이 본 실시예에서는 아프라막스급(Aframax) 이중선체 유조선(oil tanker)을 선택하고 해당 선박의 주요치수를 표 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 정의한다.
아래의 표 1은 아프라막스급 이중선체 유조선의 주요치수를 나타낸다.
Figure 112013062816517-pat00004
본 발명은 상기 아프라막스급 이중선체 유조선의 유조선뿐만 아니라 산적화물선, 컨테이너선, LNG선 등 다양한 선박 및 해양구조물에 대해서도 적용가능하다.
제2단계(S20)에서는 선박에서 일어나는 손상의 종류 및 손상의 양을 포함하는 손상 정보에 대해 정의한다.
상기 손상의 종류의 경우 사고와 관련된 손상과, 노후화와 관련된 손상 및 기타 손상으로 분류할 수 있다.
또한, 손상의 양의 경우 좌초손상은 확률론적 방법 및 기타 현존하는 좌초확률밀도함수를 이용해 좌초사고 시나리오를 선정하며, 부식손상은 현존하는 공통구조규칙(CSR)과 잘 일치하는 경향을 보이는 시간의존형 부식모델을 적용한다.
즉, 본 발명에서는 좌초손상 및 부식손상을 손상 종류로 정의하고, 손상의 양의 경우 좌초손상은 기존 방법과 같이 좌초사고 시나리오 산정을 기반한다.
부식손상의 경우에는 도 3에 도시된 것과 같이 현존하는 규정(CSR)과 비교해 좋은 결과를 보이는 시간의존형 부식모델을 선정한다.
예를 들어 상기 부식손상의 경우 7.5년의 코팅수명을 가진 시간의존형 부식모델(TDCWM: Time dependent corrosion wastage model)을 선정하여(도 4 참조), 공통구조규칙(CSR: Common structural rule)에서 제시한 부식마진(도 3)과 비교해서 가정된 부식모델의 적용가능성을 확인한다.
도 3에서 이중선체 유조선의 좌측 상부에 있는 워터 밸러스트 탱크(WBT)의 상측부에서 안의 부식마진은 4mm이고, 그 하부에 있는 내측 외판(Inner Skin)의 부식마진은 3.5mm이며, 그 내측 외판의 우측에 있는 수직 격벽 보강재(Longi. BHD stiff.)의 부식마진은 2.5mm이다.
도 4에서 A는 공기(air), B는 밸러스트 물(ballast water), O는 오일(oil), S는 바닷물(seawater), H는 수평부재(horizontal member), V는 수직부재(vertical member), W는 웨브(web), F는 플랜지(flange)를 나타낸다.
도 5는 도 3과 도 4에서 제시한 두 가지 부식모델을 적용하여 최종 종강도성능을 비교하고 잘 맞는 결과를 보이는지 확인하는 그래프이다.
도 5에서 Muo는 초기상태의 종강도이고, Mo는 최종상태의 종강도로서, 호깅 굽힘 모멘트 그래프에서 10년의 코팅수명보다는 7.5년의 코팅수명이 잘 맞는 것을 확인할 수 있다.
제3단계(S30)에서는 상기 제2단계(S20)에서 산정된 손상 정보를 바탕으로 해당 선박의 모델링 작업을 수행한다.
여기서는 손상 모델링 작업에 있어 좌초손상의 경우 좌초손상이 발생한 부재를 제거하는 방법(요소제거법)을 적용하고, 부식손상의 경우 부식이 발생한 부재의 모든 두께를 일정하게 감소시키는 방법을 적용한다.
하지만, 손상 모델링에 있어 기타 다른 방법들도 적용할 수 있다.
제4단계(S40)에서는 상기 선박에 가해지는 하중 조건과 운항 조건을 산정하고 상기 손상을 고려해 호깅 및 새깅하중 하에서 모델링된 선박의 잔류최종 종강도 해석을 수행한다.
여기서 호깅(hogging) 및 새깅(sagging)은 선체에 굽힘 모멘트라는 힘이 작용할 때, 가운데 부분이 위로 휘면 호깅이라 하고, 가운데 부분이 아래로 휘면 새깅이라 한다.
본 발명에서는 선박에 가장 큰 영향을 미치는 수직굽힘모멘트을 하중 조건으로 산정하고, 일반항로를 운항 조건으로 산정한다.
여기서는 4가지 시점(0년(부식이 일어나지 않은 상태), 13년, 19년, 25년(선박의 수명한계))에서 잔류최종 종강도 해석을 수행한다.
상기 잔류최종 종강도 해석을 위한 방법은 여러 가지가 있는데 주로 비선형 유한요소법(Nonlinear finite element method, NLFEM), 대형유한요소법(Intelligent supersize finite element method, ISFEM), 이상화구조요소법(Idealized structural unit method, ISUM) 혹은 설계공식법(Design formula method) 등을 사용한다.
본 실시예에서는 계산량 비용과 분석 결과의 정확성 측면에서 효율성을 고려해 대형유한요소법(ALPS/HULL ISFEM)을 사용하여 분석하였으며, 해당 기법은 기존의 개선된 Paik-Mansour법보다 좋은 해석 정도를 보인다고 알려져 있다.
도 6a와 도 6b는 본 발명에서 적용된 대형유한요소법(ALPS/HULL ISFEM)과 종래 개선된(Modified) Paik-Mansour법을 기반하여 도출된 R-D 다이어그램을 비교한 도면이다.
잔류최종 종강도 해석의 경우 종래에는 개선된 Paik-Mansour 방법을 적용했지만, 이는 손상이 발생하지 않은 최초 건조단계 치수를 기반으로 그 방법의 적용가능성을 증명하였다.
이를 해결하기 위해 도 6a와 도 6b에서는 기존에 적용된 개선된 Paik-Mansour법과 대형유한요소법 모두를 적용해 R-D 다이어그램을 나타내었으며, 이하에서는 좀더 좋은 해석 정도를 보이는 대형유한요소법(ALPS/HULL ISFEM)을 사용해 실시예를 수행하였다.
제5단계(S50)에서는 좌초사고 시나리오를 통해 선박의 좌초손상지표(GDI)를 얻어 상기 제4단계(S40)에서 해석한 호깅 및 새깅하중 하 잔류최종 종강도 해석 결과를, 잔류최종 종강도성능을 y축, 좌초손상지표를 x축으로 하는 2차원 R-D 다이어그램으로 도출한다.
여기서 좌초손상지표는 기하학적 구조, 치수 및 물성치를 포함하는 선박의 구조를 특정하는 단계와, 좌초된 선박의 손상된 위치와 정도를 특정짓는 4개의 손상 파라미터를 정의하는 단계와, 상기 4개의 손상 파라미터의 확률밀도분포에 기초한 샘플링 기법을 적용하여 한정된 개수의 좌초사고 시나리오를 선정하는 단계와, 상기 선정된 좌초사고 시나리오 각각에 대해 아래의 수학식 1에 의해 정의되는 선박의 좌초손상지표(GDI)를 계산하는 단계를 통해 얻을 수 있다.
Figure 112013062816517-pat00005
여기서 AD _ OB는 좌초 손상에 의해 감소된 외측 바닥벽의 면적, AI _ OB는 외측 바닥벽의 본래 면적, AD _ IB는 좌초 손상에 의해 감소된 내측 바닥벽의 면적, AI _IB는 내측 바닥벽의 본래 면적, γ는 선박의 잔류 최종 종강도에 내측 바닥벽이 기여하는 정도를 반영하기 위한 상관계수(correction factor)이다.
도 7은 도 4의 시간의존형 부식모델을 적용하고, 19년의 부식수명에서 호깅 및 새깅하중 하 도출된 R-D 다이어그램을 보여주는 그래프이다.
도 8은 가정한 4가지 부식수명에서 호깅하중 하 도출된 R-D 다이어그램을 보여주는 그래프이다.
도 7에서 Gross(New-built) 표시는 초기상태, Net(25 years) 표시는 완전부식 상태를 의미하는 것으로, 부식손상이 발생함에 따라 초기상태에서의 R-D 다이어그램 적용은 현실적이지 않음을 보여준다.
제6단계(S60)에서는 2차원 R-D 다이어그램에서 시간변화(부식손상)를 한 축으로 하여, 도 9에 도시된 바와 같이 좌초손상지표(x축), 시간(y축), 잔류최종 종강도성능(z축) 관계의 3차원 R-D 다이어그램을 도출한다.
도 9는 부식손상을 고려한 본 발명에 따른 3차원 R-D 다이어그램의 형상을 보여주는 도면이다.
도 9의 시간경과에 따른 부식손상 고려뿐만 아니라 도 10과 같이 선박의 크기를 고려하여 3차원 R-D 다이어그램의 형상을 보여줄 수도 있다.
여기서 시간변화에 따른 좌초손상지표를 추측하기 위해 도 11과 같이 시간 대비 상관계수(correction factor) 관계를 추가로 도출할 수 있다.
도 11에서 γ는 상기 수학식 1에 나타낸 선박의 잔류최종 종강도에 내측 바닥벽이 기여하는 정도를 반영하기 위한 상관계수(correction factor)이다.
제7단계(S70)에서는 상기 3차원 R-D 다이어그램을 바탕으로 추세선을 이용해 부식손상과 좌초사고가 발생한 선박의 안전성 평가를 위한 경험식을 도출한다.
즉, 도 9 및 도 10의 3차원 R-D 다이어그램에 나타낸 점을, 추세를 나타내는 면의 방정식으로 구성하여 경험식을 도출할 수 있다.
이때 안정적인 경험식 도출을 위해서 최소한 4가지 이상의 부식시점의 고려가 요구되며 이를 위한 해석이 동반되어야 한다.
이와 같이 해서 도출된 경험식은 아래의 수학식 2, 3에 나타내었다.
수학식 2는 호깅하중의 경우 도출된 3차원 R-D 다이어그램의 경험식이다.
Figure 112013062816517-pat00006
수학식 3은 새깅하중의 경우 도출된 3차원 R-D 다이어그램의 경험식이다.
Figure 112013062816517-pat00007
상기 수학식 2나 3을 통해 시간(T)과 좌초손상지표(GDI)를 이용해 건조가 지난 시점에서 좌초된 선박의 상태 평가를 용이하게 결정할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
예를 들어 이상에서는 좌초손상과 관련한 아프라막스급 이중선체 유조선을 설명하였지만 유조선뿐만이 아닌 산적화물선, 컨테이너선, LNG선 등 다양한 선박 및 해양구조물에 대해서도 적용가능하며 충돌, 화재, 폭발, 중량물 낙하등 서로다른 손상에 따른 3차원 R-D 다이어그램개발과 관련해 서로 다른 형태로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 예시로 다룬 균일두께 감소기법을 적용한 부식손상뿐만 아니라 다양한 부식손상의 고려 및 선박의 크기, 항해루트에 따른 온도 변화 등에 따라 다양하게 적용하여 3차원 R-D 다이어그램을 도출할 수 있다.

Claims (18)

  1. 컴퓨터로 판독가능한 기록매체가 저장된 시뮬레이션 시스템에서 일련의 연산과정이 수행되는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법에 있어서,
    (a) 선박의 종류를 선택하고 그 선박의 특성을 정의할 수 있는 각 부위별 치수 및 주요 제원을 산정하는 단계;
    (b) 상기 선박에서 발생할 수 있는 손상의 종류 및 손상의 양을 포함하는 손상 정보에 대해 정의하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계에서 정의된 손상 정보를 바탕으로 해당 선박을 모델링하는 단계:
    (d) 상기 선박에 가해지는 하중 조건을 산정하고, 상기 손상을 고려해 모델링된 선박의 잔류최종 종강도를 해석하는 단계; 및
    (e) 선박의 좌초사고 시나리오를 통해 좌초손상지표(GDI)를 얻어 상기 (d)단계에서 해석한 잔류최종 종강도 해석 결과를 R(잔류최종 종강도성능)-D(좌초손상지표) 다이어그램으로 도출하는 단계; 를 포함하고,
    상기 (b)단계에서 손상의 종류를, 사고와 관련된 손상, 노후화와 관련된 손상 및 기타 손상으로 분류하여,
    사고와 관련된 손상으로 좌초손상을, 노후화와 관련된 손상으로 부식손상을 정의하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 손상의 양은, 좌초손상의 경우에 좌초사고 시나리오 산정을 기반으로 하고, 부식손상의 경우에 공통구조규칙(Common structural rule, CSR)과 일치하는 경향을 보이는 시간의존형 부식모델을 적용하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 호깅하중 하와 새깅하중 하에서 좌초사고 시나리오별로 잔류최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 좌초손상의 경우 좌초손상이 발생한 부재를 제거하는 방법을 적용하고, 부식손상의 경우 부식이 발생한 부재의 모든 두께를 일정하게 감소시키는 방법을 적용하여 선박을 모델링하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 선박에 가장 큰 영향을 미치는 수직굽힘모멘트을 하중 조건으로 산정하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 운항 조건을 더 산정하되, 일반항로를 운항 조건으로 산정하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 대형유한요소법(ISFEM)을 사용하여 잔류최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 선박의 건조 초기상태와 완전 부식상태를 포함하는 최소한 3가지 이상의 부식손상을 고려하여 잔류최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 잔류최종 종강도성능과 좌초손상지표를 두 축으로 하는 2차원 R-D 다이어그램을 도출한 후, 시간을 변수로 하는 축을 추가로 생성시켜 시간의존형 3차원 R-D 다이어그램을 도출하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 좌초손상지표는,
    기하학적 구조, 치수 및 물성치를 포함하는 선박의 구조를 특정하는 단계와,
    좌초된 선박의 손상된 위치와 정도를 특정짓는 4개의 손상 파라미터를 정의하는 단계와,
    상기 4개의 손상 파라미터의 확률밀도분포에 기초한 샘플링 기법을 적용하여 한정된 개수의 좌초사고 시나리오를 선정하는 단계와,
    상기 선정된 좌초사고 시나리오 각각에 대해 아래의 수학식에 의해 정의되는 선박의 좌초손상지표(GDI)를 계산하는 단계를 통해 얻는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
    [수학식]
    Figure 112013062816517-pat00008
    .
    여기서 AD _ OB는 좌초 손상에 의해 감소된 외측 바닥벽의 면적, AI _ OB는 외측 바닥벽의 본래 면적, AD _ IB는 좌초 손상에 의해 감소된 내측 바닥벽의 면적, AI _ IB는 내측 바닥벽의 본래 면적, γ는 선박의 잔류최종 종강도에 내측 바닥벽이 기여하는 정도를 반영하기 위한 상관계수(correction factor)이다.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 시간의존형 3차원 R-D 다이어그램 도출 후, 시간변화에 따른 좌초손상지표를 추측하기 위해 시간 대비 상관계수의 관계를 밝히는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 시간의존형 3차원 R-D 다이어그램에 나타낸 점을, 추세를 나타내는 면의 방정식으로 구성하여 경험식을 도출하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 경험식을 안정적으로 도출하기 위해 (d)단계에서 최소한 4가지 이상의 부식시점을 고려하여 잔류최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 선박이 아프라막스급(Aframax) 이중선체 유조선인 경우 호깅하중 하와 새깅하중 하에서 도출된 3차원 R-D 다이어그램의 경험식은 각각 아래의 수학식인 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
    [수학식]
    Figure 112013062816517-pat00009

    [수학식]
    Figure 112013062816517-pat00010
  16. 제1항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 잔류최종 종강도성능과 좌초손상지표를 두 축으로 하는 2차원 R-D 다이어그램을 도출한 후, 선박의 크기를 변수로 하는 축을 추가로 생성시켜 3차원 R-D 다이어그램을 도출하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 3차원 R-D 다이어그램에 나타낸 점을, 추세를 나타내는 면의 방정식으로 구성하여 경험식을 도출하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 선택된 선박의 종류는 이중선체 유조선인 것을 특징으로 하는 좌초선박의 잔류최종 종강도성능 대 좌초손상지표 다이어그램 도출방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008191009A (ja) 2007-02-05 2008-08-21 Kobe Steel Ltd 船舶用鋼材の衝撃特性予測方法
KR20110017562A (ko) * 2009-08-14 2011-02-22 한국해양연구원 탑재형 실시간 선박생존시간 추정시스템
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008191009A (ja) 2007-02-05 2008-08-21 Kobe Steel Ltd 船舶用鋼材の衝撃特性予測方法
KR20110017562A (ko) * 2009-08-14 2011-02-22 한국해양연구원 탑재형 실시간 선박생존시간 추정시스템
KR20110037435A (ko) * 2009-10-07 2011-04-13 한국해양연구원 선박 손상 평가 및 통제 시스템 및 그 동작방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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김한별. "좌초 사고가 발생한 선박의 잔류종강도 성능 평가에 관한 연구". 부산대학교 대학원 조선해양공학과 학위논문(석사), 2013.02. *
김한별. "좌초 사고가 발생한 선박의 잔류종강도 성능 평가에 관한 연구". 부산대학교 대학원 조선해양공학과 학위논문(석사), 2013.02.*

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