KR101516292B1 - 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법 - Google Patents

Abstract

선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법은 상온 조건에서 시뮬레이션하려는 블록의 블록 계측값 및 계측 환경값을 시뮬레이터에 입력하는 단계; 상기 시뮬레이터가 상기 블록에 대한 정규 모델링을 수행하는 단계와, 상기 시뮬레이터가 상기 정규 모델링에 대한 제 1 시뮬레이션을 수행하는 단계; 상기 제 1 시뮬레이션 단계의 결과물로서 상온 조건에서 실제 변형자료를 획득하는 단계; 상기 시뮬레이터에 상기 블록에 대한 미래 세팅 환경값을 입력하는 단계; 상기 시뮬레이터가 상기 미래 세팅 환경값을 이용하여 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및 상기 시뮬레이터가 세팅 수정값 및 미래정도 좌표를 회득하는 단계를 포함한다.

Description

선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법{SIMULATION METHOD FOR HULL BLOCK DEFORMATION BY RADIANT HEAT}

본 발명은 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.

일반적으로 배의 주문으로 시작하여 설계, 건조, 인도로 이루어지는 조선공업은, 그 과정에서 빚어지는 영업 상의 채산성이 그 산업의 생존 및 성공을 좌우하게 된다. 이와 같은 채산성을 결정하는 중요한 요소는 배의 건조 과정에서의 생산성이며, 모든 조선공업은 이 생산성을 향상시키기 위하여 경쟁하게 된다. 이러한 이유로 다양한 선박건조공법이 개발되고 있으며, 최근에는 블록건조법이 등장하게 되었다.

블록건조법은 우선 선체를 수십 개 혹은 수백 개의 블록으로 분할하여, 그 개개의 블록들을 지상에서 조립제작하고, 제작된 블록들을 순차적으로 선대 위에 탑재하여 하나의 선체로 조립해 내는 방법이다.

이러한 블록건조법에 의해 진행되는 선박 건조는 크게 소조립, 중조립, 대조립을 포함한 내업 제작 공정과, 대조립된 대조 블록의 선탑재(PE, Pre-Erection), 도크 블록 탑재를 포함한 외업 제작 공정에 이르는 전 공정을 통해 이루어지고 있다.

그런데 선박 건조가 이루어지고 건조된 블록의 계측이 이루어지는 장소가 실내 공간이 아닌 실외 공간인 관계로 인하여, 블록이 복사열에 의해 변형될 수 있다.

즉, 블록의 재질인 강(steel)은 열을 흡수하면 팽창하는 성질을 가지고 있다. 강 구조물에 열이 가해지는 환경은 여러 가지 경우가 있지만, 복사열에 의한 영향은 접근과 검증이 힘들다.

해양구조물이나 선박과 같은 경우 블록단위로 제작이 이루어지고 있어서, 복사열에 의한 변형이 발생하면 블록과 블록을 접합하는 과정에서 정도 품질에 문제가 발생하고 이를 수정하기 위하여 많은 시간적, 물리적 손실이 발생한다.

특히, 하절기와 같이 태양의 고도가 높아지고 복사열에 노출되는 시간이 많아지는, 혹은 일교차가 큰 환경에서는 복사열에 의한 변형이 아주 크게 발생한다.

이는 완성된 블록의 정도 품질을 검사하는 과정에서 문제를 야기하는데, 블록의 검사 시점에 복사열에 의한 불균형한 팽창이 발생하게 되면 합격 조건을 만족시키기 위해 블록을 재 절단 하는 등의 수정작업이 발생한다.

이는 단순한 추가 시수 발생뿐 아니라, 후공정에서 짧아진 치수를 회복하기 위한 수십 배의 추가 시수 발생을 야기할 수 있다.

또한 용접이 완료된 블록은 PE(Pre-Election) 블록이나 메가 블록과 같은 큰 블록으로 제작 또는 탑재을 위해서 임의의 장소로 옮겨지고, 옮겨진 블록을 세팅할 때 해당 블록의 시간과 위치가 변하여 태양에 의한 복사열을 받는 조건이 달라지게 된다.

예컨대, 주간의 불특정 시점의 시간에 선주가 해당 블록에 대한 정도(예: 정밀도) 검사를 하는 경우, 계측 시점의 정도가 올바르다 하더라도, 복사열 영향이 심한 오후 시간대에 정도 검사를 하는 경우 불합격하는 문제가 발생되고 있다.

이는 용접이 완료된 시기에 계측한 블록과는 또 다른 형태의 변형이 발생하게 되고, 셋팅 혹은 탑재 시 재절단이나 육성(Build-up)을 초래하게 되며, 이로 인해 추가 시수 발생 및 건조시간 지연이 발생하고 있다.

따라서, 외부 노출조건에서 대형 블록을 제작하고 계측하는 경우, 기상자료를 통하여 복사열에 의한 블록의 치수계측자료를 보정 및 계산하는 해석 방안이 요구되고 있다.

그러나, 발명의 배경이 되는 특허문헌1의 갭 상황을 고려한 수축량 계산방법은 복사열변형을 고려하지 않고 캡 상황만을 고려하므로, 계측시점과 탑재시점간 복사열에 의한 정도 차이를 보정할 수 없고, 계측시점에서 도크로 가져오는 시점간 아무런 열간 공정이 없음에도 불구하고, 치수 정도가 서로 차이가 많이 나고 있는 원인을 해결할 수 없다.

또한, 특허문헌2의 온도차에 기인한 갑판의 면외변형 판단방법은 하부구속에 대한 상부의 팽창을 담당할 수 있는 국부적인 형상함수를 가정하고, 그 형상함수가 면외변형을 고려하여, 결과적으로는 대기-강판 온도차라는 입력변수에 대하여, 출력으로 면외변형량이 도출되는 시스템이므로, 국부적인 영역별로 면외변형을 다룰 뿐 복사열변형에 따른 구조물의 치수 차이를 역시 보정할 수 없다.

특허문헌1 : 공개특허공보 제10-2012-0044656호 특허문헌2 : 등록특허공보 제10-0955097호

본 발명의 실시예는 외기조건 하의 선체블록(이하, '블록'이라고 호칭됨)과 태양복사간의 관계에서 해석기구로 태양복사 에너지량 및 입력방법을 모사함으로써, 도크 내에서 블록간 탑재를 할 때, 블록간의 치수가 서로 일치하지 않는 것을 미연에 방지할 수 있도록, 블록에 대한 선행수정을 수행할 수 있게 할 수 있는 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법을 제공하고자 한다. 여기서, 선행수정이란, 블록이 도크로 오기 전에 블록에 대한 계측이 이루어지고, 이후 탑재 당일날 복사열변형에 의해 변형될 예상치에 대한 미리 블록을 수정한 후, 도크로 가져와서 도크간 연결 또는 탑재를 수행하는 일련의 프로세스를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상온 조건에서 시뮬레이션하려는 블록의 블록 계측값 및 계측 환경값을 시뮬레이터에 입력하는 단계; 상기 시뮬레이터가 상기 블록에 대한 정규 모델링을 수행하는 단계와, 상기 시뮬레이터가 상기 정규 모델링에 대한 제 1 시뮬레이션을 수행하는 단계; 상기 제 1 시뮬레이션 단계의 결과물로서 상온 조건에서 실제 변형자료를 획득하는 단계; 상기 시뮬레이터에 상기 블록에 대한 미래 세팅 환경값을 입력하는 단계; 상기 시뮬레이터가 상기 미래 세팅 환경값을 이용하여 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및 상기 시뮬레이터가 세팅 수정값 및 미래정도 좌표를 회득하는 단계를 포함하는 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 세팅 수정값 및 미래정도 좌표를 이용하여 상기 블록을 도크에 입고시키기 전 단계에서 상기 블록에 대한 선행수정이 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제 1 시뮬레이션 또는 상기 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계에서는, 상기 블록에 대한 입력에너지인 태양복사 에너지량을 도출하는 과정; 상기 블록의 대류계수를 도출하는 과정; 상기 태양복사 에너지량을 도출하는 단계와 상기 블록의 대류계수를 도출하는 과정에서 사용된 데이터를 전처리하여 인자를 추출하고, 상기 추출한 인자를 사용하여, 복사열이 없는 계측일 시간대별 대기온도에서의 블록 순 오작량과, 탑재일 태양력 기준 일자 및 블록 탑재 시각 시점의 제 2 변위를 도출하는 유한요소해석 과정; 및 상기 블록 순 오작량에 상기 제 2 변위를 더하여, 태양력 기준 일자 및 블록 탑재 시각 시점의 설계 치수와의 편차를 도출하는 과정을 포함할 수 있다.

또한, 상기 시뮬레이터가 입력 받는 정보는, 기후정보로서, 계측일 또는 탑재일 시간대별 대기온도, 계측일 또는 탑재일 시간대별 운도, 계측일 또는 탑재일 시간대별 풍향, 계측일 또는 탑재일 시간대별 풍속; 위치 정보로서, 계측일 또는 탑재일 작업장 위도, 계측일 또는 탑재일 방위가 표시된 작업장내 블록 위치도; 시간 정보로서, 계측일 또는 탑재일 태양력 기준 일자, 블록 계측 또는 탑재 시각; 해석 정보로서, 분석의 이산화 단위, 블록 전산도면, 계측 기준점, 계측 위치 및 계측결과; 및 재료 정보로서, 블록 도장재의 방사율, 블록 열전달 물성치, 블록 역학적 물성치일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법은 외부 노출조건에서 대형 블록을 제작하고 계측한 것에 대하여, 기상자료를 통하여 복사열에 의한 구조물의 치수계측자료를 보정 계산할 수 있는 해석 방법을 제공할 수 있음에 따라, 선행수정을 실현할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예는 기상조건을 복사열 해석의 입력자료로 변환함에 따라, 블록의 실제 치수검사에 적용할 수 있고, 기상예측자료를 활용하여 해당 블록이 선체에 세팅될 시점의 정도를 예측할 수 있으므로, 선체 치수 오작에 의한 재절단 및 육성용접 등의 수정작업을 도크가 아닌 도크로 옮겨 오기 전, 즉 사전에 미리 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 정밀 복사열 시뮬레이션 해석을 수행함으로써, 실제 블록의 복사열에 의한 변형을 예측하고 정도 정보 변환해석 기술을 통해 블록의 계측 시점과 검사 시점 혹은 탑재 시점간 블록 정도의 불일치를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법에서 태양 입사각 결정을 통한 복사 입열 영역을 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법의 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 제 1 시뮬레이션 또는 제 2 시뮬레이션의 구체적인 세부 단계를 보인 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법에서 태양 입사각 결정을 통한 복사 입열 영역을 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예는 정밀 복사열 시뮬레이션 해석기술과, 실제 블록의 복사열에 의한 변형을 예측하고 정도 정보 변환해석 기술에 관한 것이다.

본 실시예에 따르면, 조선소의 PE 블록 조립장 등의 임의의 위치에 놓인 블록(1)에서는 계측 시점의 태양(S)의 고도, 계절(위도), 기상상태(예: 운도)에 따라 복사열을 받는 형태나 절대량이 달라진다.

또한 블록(1)의 형태에 따라 복사열이 차단되는 부분이 발생되기도 한다. 이를 결정하기 위해 태양(S)의 위도(예: 계측일 작업장 위도), 기상상태를 계절별, 시간별로 조사하여 데이터 베이스화 하고 해석 시 입력변수로 활용할 수 있다.

즉, 상기와 같이 얻어진 태양(S)의 위도를 통해 입사각이 결정되고, 운도 등의 기상상태와 상기 결정된 입사각을 바탕으로 블록(1)의 형상을 기초로 한 복사 입열 영역을 결정하게 된다.

이렇게 결정된 영역에 복사열을 적용하면 블록(1)의 강재의 열팽창 계수에 따라 팽창이 일어나게 되고 이를 통해 복사열변형 해석이 수행될 수 있다.

이와 같은 복사열변형 해석 과정을 거꾸로 진행하게 되면 기준 모델, 즉 용접이 완료된 상태의 모델로 복사열에 의한 변형은 없는 실제 상태의 블록 치수를 알 수 있게 된다.

이는 계측시의 복사열에 대한 열팽창 혹은 수축을 보상을 해주는 기준이 되며, 이 해석 결과를 기준으로 블록(1)의 정도 품질을 확인할 수 있게 된다.

또한 이 기준 모델에 미래의 환경 정보, 즉 탑재나 검사 일시의 태양의 위도나 풍속, 풍향과 같은 대류의 정보를 확인하여 입력변수로 설정하고 다시 시뮬레이션을 하게 되면 미래 시점의 태양복사에 의한 열변형을 예측할 수 있게 된다. 이는 블록(1)의 세팅과 탑재 시 복사열에 의해 발생할 수 있는 변형을 제어할 수 있게 되고, 수정을 위한 재작업을 줄일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법의 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예는 외기조건 하의 블록과 태양복사간의 관계에서 해석기구로 태양복사 에너지량 및 입력방법을 모사할 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어를 구비한 컴퓨터 시스템에 해당하는 시뮬레이터에 의해 수행될 수 있다.

여기서, 시뮬레이터의 구체적인 입력, 출력, 해석 기구 등은 주지의 시뮬레이션 시스템을 이용하여 구성될 수 있으므로, 시뮬레이터 자체에 대한 상세한 설명은 본 설명에서 생략될 수 있다. 예컨대, 일반적으로 알려진 열변형 시뮬레이터의 경우, 유한요소해석 모델링에 대하여, 에너지를 입력으로 받고, 해석기구가 열전달 및 열팽창 해석으로 변형을 보여주는 기술로서 알려져 있고, 다만 본 실시예는 상기 기술을 활용하기 위하여, 외기조건 블록과 태양복사간의 관계에서 해석기구에 의해 태양복사 에너지량 및 입력방법을 모사하는 구체적인 방법을 제시한다.

즉, 본 실시예에서는 시뮬레이터를 이용하여 구체적으로 선체의 블록에 대한 복사열변형을 수행하는 방법론적 기술이 설명될 수 있다. 또한, 본 실시예의 설명에서 블록이란 용접이 완료된 대조블록을 일 예로 설명하고자 한다.

즉, 본 실시예는 상온 조건에서 시뮬레이션하려는 블록의 블록 계측값 및 계측 환경값을 시뮬레이터에 입력하는 단계(S10)와, 상기 시뮬레이터가 상기 블록에 대한 정규 모델링을 수행하는 단계(S20)와, 상기 시뮬레이터가 상기 정규 모델링에 대한 계측일을 기준으로 한 제 1 시뮬레이션을 수행하는 단계(S30)와, 상기 제 1 시뮬레이션 단계의 결과물로서 상온 조건에서 실제 변형자료를 획득하는 단계(S40)와, 상기 시뮬레이터에 상기 블록에 대한 미래 세팅 환경값을 입력하는 단계(S50)와, 상기 시뮬레이터가 상기 미래 세팅 환경값을 이용하여 탑재일을 기준으로 한 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계(S60), 및 상기 시뮬레이터가 세팅 수정값 및 미래정도 좌표를 회득하는 단계(S70)를 포함할 수 있다.

블록의 블록 계측값 및 계측 환경값을 시뮬레이터에 입력하는 단계(S10)에서는 용접이 완료된 대조블록, 즉 블록을 계측한 블록 계측값과, 계측 당시의 환경에 대한 정보(예: 상온 조건: 시간, 절기, 블록온도 등), 즉 계측 환경값이 시뮬레이터의 입력변수로 입력될 수 있다.

이렇게 입력변수로 입력된 블록 계측값은 계측 당시에 작업자가 일반적인 블록 계측 방법을 수행하여 얻을 수 있다.

또한, 블록 계측값 및 계측 환경값이 본 실시예의 시뮬레이션 방법에 적용되기 위해서는, 이들 값들에 대한 전처리가 필요하게 된다.

즉, 블록 계측값 및 계측 환경값의 계측 일시, 블록 위치, 시간, 절기, 블록온도와 같은 기초정보를 분석하여, 태양의 고도, 블록 방위를 획득하고, 일반적으로 알려진 태양의 고도 및 방위각 계산을 위한 산술식 혹은 대한민국 포털사이트인 천문우주지식정보(http://astro.kasi.re.kr)로부터 태양의 고도 및 방위각을 얻을 수 있고, 이를 전산화 처리를 통해 자동으로 본 실시예의 시뮬레이터에 입력시킬 수 있다. 예컨대, 블록 제작 도시(장소)의 위도, 블록이 놓인 방향, 계절에 따른 일간 태양의 궤적은 기존의 유관의 연구 자료 또는 결과들의 조합으로 얻을 수 있다.

즉, 블록이 위치한 지리적 정보는 GPS 정보에 해당할 수 있으므로, 그 블록이 위치한 곳의 태양의 고도 및 방위각을 날짜 및 시간대별로 얻을 수 있다.

상기 시뮬레이터가 상기 블록에 대한 정규 모델링을 수행하는 단계(S20)에서는, 상기 계측을 통해 얻어진 블록 계측값이 당시의 환경조건이 반영된 계측값에 해당함으로써, 이를 바탕으로 노출된 환경에 의해 변형이 발생한 상기 블록의 모델링, 즉 정규 모델링이 이루어질 수 있다.

상기 시뮬레이터가 생성한 정규 모델링은 하기에서 설명할 제 1 시뮬레이션 또는 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계(S30, S60)을 통해서, 복사열에 의한 변형이 있기 전의 상온에서 태양 노출의 실제 변형값을 가지는 모델로 변환되고, 이는 실제 용접이나 제작에 의한 변형값을 가진 기준 모델이 될 수 있다.

한편, 제 1 시뮬레이션 또는 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계(S30, S60)는 편의상 구분한 것으로서, 하기의 설명에서는 하나의 시뮬레이션임을 알 수 있다. 즉, 계측일 기준의 기후 정보, 위치 정보, 시간 정보, 해석 정보, 재료 정보를 기준으로 시뮬레이션을 수행하는 단계가 제 1 시뮬레이션을 수행하는 단계(S30) 임을 알 수 있고, 이후, 탑재일 기준의 기후 예측 정보, 위치 정보, 시간 정보 등을 기준으로 시뮬레이션을 수행하는 단계가 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계(S60)임을 알 수 있다.

또한, 기준 모델이란 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계(S60)이후, 복사열 시뮬레이션 변형이 적용된, 즉 복사열에 의해 블록의 면외변형이 적용된 복사열 시뮬레이션 변형 결과값일 수 있다.

즉, 기준 모델이 블록의 정도 품질을 확인하는 검사에 활용될 수 있는데, 이 경우, 상기 시뮬레이터는 정규 모델링(실계측값)과 기준 모델을 비교 체크하여, 세팅 수정값 및 미래정도 좌표를 회득하는 단계(S70)를 수행할 수 있게 된다.

도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 제 1 시뮬레이션 또는 제 2 시뮬레이션의 구체적인 세부 단계를 보인 흐름도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 시뮬레이터는 A 기후정보[예: 계측일 시간대별 대기온도(A1), 계측일 시간대별 운(雲)도(A2), 계측일 시간대별 풍향(A3), 계측일 시간대별 풍속(A4)]와, B 위치 정보[예: 계측일 작업장 위도(B1), 계측일 방위가 표시된 작업장내 블록 위치도(B2)]와, C 시간 정보[예: 계측일 태양력 기준 일자(C1)(년월일), 블록 계측 시각(C2)]와, D 해석 정보[예: 분석의 이산화 단위(D1), 블록 전산도면(D2), 계측 기준점(D3), 계측 위치 및 계측결과(D4)]와, E 재료 정보[예: 블록 도장재의 방사율(E1), 블록 열전달 물성치(E2), 블록 역학적 물성치(E3)를 입력 받는다(S100).

여기서, 'A1' 등의 부호는 데이터항목을 뜻할 수 있다. 예컨대, 'A1' 데이터항목에는 계측일 또는 탑재일 시간대별 대기온도가 입력될 수 있되, 이때 'A1' 데이터항목에 대한 조건(예: "수행자료의 기준일이 계측일인가?")(S400)에 따라 제 2 시뮬레이션용 데이터(예: 탑재일 시간대별 대기온도) 또는 제 1 시뮬레이션용 데이터(예: 계측일 시간대별 대기온도)가 선택적으로 입력되는 데이터 또는 정보를 의미할 수 있다.

또한, 블록 도장재의 방사율(E1)을 고려하는 이유는, 블록이 유색 페인트로 도장이 되어 있으므로, 도장제품 사양서의 반사율을 복사냉각조건으로 사용하여야 하기 때문이다.

이러한 입력 과정은 작업자에 의해 수동으로 이루어질 수 있거나, 조선소 및 외부 기상 관련 사이트로부터 전달받은 자료를 본 실시예의 시뮬레이터의 규격에 맞게 파싱(passing)하여 자동으로 이루어질 수 있다.

이후, 과정은 시뮬레이터의 미리 정해진 로직(예: 제 1 시뮬레이션 프로세스 또는 제 2 시뮬레이션 프로세스)에 의해 이루어지므로, 그 주체의 기재는 생략하도록 한다.

먼저, 제 1 시뮬레이션 프로세스에 의해 블록에 대한 입력에너지인 태양복사 에너지량을 도출하는 과정(S110, S120, S130, S140)가 진행될 수 있다.

더욱 상세하게, 상기 계측일 작업장 위도(B1), 계측일 태양력 기준 일자(C1)로부터 계측일 태양력 기준 일자(C1)의 태양의 궤적(F1) 및 일출시간(F2)이 도출 또는 선택되어 사용될 수 있다(S110).

상기 태양의 궤적(F1), 분석의 이산화 단위(D1)로부터 각 분석시간대의 태양의 고도(F3) 및 방위각(F4) 그룹이 일출시간(F2)과 블록 계측 시각(C2) 사이의 시간 범위 내에서 도출될 수 있다(S120).

여기서, 분석의 이산화 단위(D1)란 개념이 사용되는데, 즉 태양이 연속적으로 움직이기 때문에, 태양 궤적에 따른 미리 정한 구간에서의 시간 단위가 필요하게 된다. 예컨대, 시뮬레이터의 용량이나 해석 여건이 허락하는 만큼 구간 이산화 개념의 입력 자료 처리가 이루어지는데, 블록 계측 시각(C2)이 오전 11시이고, 일출시간(F2)가 아침 7시라면, 같은 매시 30분의 태양의 위치에서 3600초간 4번의 해석 입력 자료가 도출된다는 의미일 수 있다.

또한, 상기 태양의 고도(F3), 분석의 이산화 단위(D1), 계측일 시간대별 운도(A2)로부터 각 분석시간대의 법선면 태양복사 에너지량 그룹(F5)이 일출시간(F2)과 블록 계측 시각(C2) 사이의 시간 범위 내에서 도출될 수 있다(S130).

여기서, 법선면이란 블록 쪽으로 내려오는 태양 햇살면을 의미할 수 있다. 이때, 이때 운도는 선형적으로 복사에너지를 감쇄시키는 것으로 가정할 수 있다. 즉, 블록의 각 면이 태양의 고도에 따라 각자의 위치한 각도에 대하여 받는 태양복사에너지는 법선면 입사량의 자료로부터 도출 가능하다. 즉, 기존의 유관의 연구 자료 또는 결과는 맑은 날을 기준으로 하거나, 장기간의 경우 지역별 연간 평균의 개념으로 접근하기 때문에, 본 실시예에서는 시간대적으로 매우 로컬하게 적용되어야 하고, 이를 위해서, 청(靑)일을 기준으로 한 태양복사 에너지량에 시간대별 지역별 기상발표자료 중의 하나인 운도(예: 0~10)를 사용하되, 이때, 에너지를 감하는 방법으로 입력에너지인 태양복사 에너지량을 연산하게 된다.

또한, 복사에너지의 투입은 항상 블록이 대기보다 고온에 있는 결과를 만들어 주므로, 유출에너지 조건도 적용이 필요할 수 있다.

또한, 상기 태양의 고도(F3) 및 방위각(F4)로부터 해석 시간대별 태양복사 법선면의 위치벡터(F6)가 도출될 수 있다(S140).

블록에 대한 입력에너지인 태양복사 에너지량을 도출하는 과정(S110, S120, S130, S140)의 이후에는, 블록의 대류계수인 강제대류계수 및 자연대류계수를 도출하는 과정(S150)이 진행될 수 있다.

먼저, 블록의 대류계수를 도출하는 과정(S150)에서는 상기 D2로부터 블록을 이루는 각 평면들의 중심과 바닥간의 거리(F7)들이 도출될 수 있다(S151). 이때, 평면은 블록을 이루는 판단위(예: 외판, 갑판) 단위로 나누어 질 수 있고, 지면에서부터 10m 경계는 판을 구분하는 것으로 가정할 수 있다.

또한, 블록의 대류계수를 도출하는 과정(S150)에서는 계측일 시간대별 풍속(A4) 및 상기 평면들의 중심과 바닥간의 거리(F7)로부터 평면 중심점에의 풍속이 도출될 수 있다(S152).

이때, 상기 계측일 시간대별 풍속(A4)은 지상 10m에서의 값이므로, 그 이상의 평면 중심은 A4를 그대로 적용. 그 이하의 평면중심은 풍속을 선형적으로 감소시켜서 적용(A5 - 실 적용풍속)할 수 있다.

또한, 블록의 대류계수를 도출하는 과정(S150)에서는 평면들을 지면과의 각도 45도를 기준으로 지면에 수직한 그룹과 수평한 그룹으로 분류하고, 지면과 수직으로 분류된 그룹은 법선벡터를 지면에 평행하게 사영한 값으로 재정의(F8)가 이루어질 수 있다(S153).

이후, 블록의 대류계수를 도출하는 과정(S150)에서는 지면에 평행한 평판일 경우, 판폭/판장의 평균값에 대하여 유속이 진행한 거리에 대한 강제대류계수(F9-1)가 도출될 수 있다. 또한, 지면에 수직한 평판일 경우, 상기 계측일 시간대별 풍향(A3), 법선벡터를 지면에 평행하게 사영한 값으로 재정의(F8)한 값을 이용하여, 유속에 수직한 실린더(Cylinder)의 각도별 너셀(Nuseelt) 수로 강제대류계수(F9-2)가 도출될 수 있다(S154).

또한, 블록의 대류계수를 도출하는 과정(S150)에서는 지면에 평행 및 수직한 평판을 제외한 블록의 모든 평면은 상기 해석 시간대별 태양복사 법선면의 위치벡터(F6)에 대응하게 자연대류계수(F10)가 도출될 수 있다(S155).

여기서, 일반적인 열전달 기술에서 공기중에 놓인 블록인 물체에 대한 자연대류계수를 구하는 방식과 유사하거나 동일하므로, 본 실시예에서 자연대류계수의 구체적인 도출 방법은 생략될 수 있다.

위의 블록의 대류계수를 도출하는 과정(S150)에 대하여 부연 설명하면, 블록에 대응하는 풍향 및 풍량 역시 기상조건에서 구할 수 있지만, 블록의 갑판부의 경우, 일반적인 유속에 의한 대류(냉각) 조건을 적용하고, 외판부는 공지된 유속대비 점성조건으로 낮아진 유속하에서 풍향과의 각도를 고려하고, 충돌제트에 의한 냉각 조건을 적용할 수 있다.

한편, 본 실시예는 강제대류계수 및 자연대류계수를 도출하는 과정(S150) 이후에는 상기 앞서 설명한 과정들에서 언급된 인자들을 처리하여 복사열이 없는 계측일 시간대별 대기온도에서의 블록 순 오작량(G2)를 도출하는 유한요소해석 과정(S200, S300)이 이루어질 수 있다.

유한요소해석 과정(S200, S300)의 주체는 유한요소 전처리 기구와, 해석 솔버(solver) 및 유한요소 해석 후처리 기구일 수 있다.

유한요소해석 과정(S200, S300) 중에서 유한요소 전처리 기구에서 처리할 데이터는 블록 전산도면(D2), 블록 열전달 물성치(E2), 블록 역학적 물성치(E3), 일출시간(F2), 계측일 시간대별 대기온도(A1), 분석시간대의 법선면 태양복사 에너지량 그룹(F5), 블록 도장재의 방사율(E1), 강제대류계수(F9-1, F9-2), 자연대류계수(F10), 계측 기준점(D3), 분석의 이산화 단위(D1), 블록 계측 시각(C2)일 수 있다.

유한요소 전처리 기구는 상기 나열한 각 데이터로부터 해석 솔버용 인자를 구하는 전처리 과정을 수행할 수 있다.

즉, 유한요소 전처리 기구에 의해 전처리 과정에 의해 추출되는 인자는, 블록 전산도면(D2)으로부터 추출된 블록의 기하 형상과, 블록 열전달 물성치(E2) 및 블록 역학적 물성치(E3)로부터 추출된 블록의 물성치와, 일출시간(F2) 및 계측일 시간대별 대기온도(A1)로부터 추출된 초기 조건과, 계측일 시간대별 대기온도(A1), 분석시간대의 법선면 태양복사 에너지량 그룹(F5), 블록 도장재의 방사율(E1), 강제대류계수(F9-1, F9-2) 및 자연대류계수(F10)로부터 추출된 열하중과, 계측 기준점(D3)으로부터 추출된 구속조건과, 분석의 이산화 단위(D1), 일출시간(F2) 및 블록 계측 시각(C2)으로부터 추출된 과도해석 스텝 설정값일 수 있다. 참고적으로, 계측일 시간대별 대기온도(A1)에서 설계 치수 기준인 15를 뺀 값이 상기 초기 조건으로 될 수 있다.

이와 같은 전처리가 완료될 경우, 유한요소 해석 솔버가 연성해석 전과정을 시스템적인 프로세스에 상응하게 자동으로 수행한다.

유한요소 해석 솔버는 열전달 해석으로 시간대별 모델내 불균질 온도분포를 도출하고, 그 도출 결과로부터 열패창에 대한 연성 구조 해석을 수행한다.

이후, 유한요소 해석 후처리 기구는 계측 위치 및 계측결과(D4)의 변위에 대해서 자동 수행을 하되, 계측 위치 및 계측결과(D4)에 대하여 복사열이 없는 상태를 기준으로 한 계측일 태양력 기준 일자(C1)와 블록 계측 시각(C2) 시점의 제 1 변위(G1)를 도출한다.

이 과정이 계측일의 관련자료로 수행되었기 때문에, 유한요소 해석 후처리 기구는 상기 G1만을 도출한다.

따라서, 시뮬레이터는 계측 위치 및 계측결과(D4)에서 계측일 태양력 기준 일자(C1)와 블록 계측 시각(C2) 시점의 제 1 변위(G1)를 빼고, 이렇게 뺀값을 통해서 복사열이 없는 계측일 시간대별 대기온도(A1)에서의 블록 순 오작량(G2)을 확인하게 된다(S300).

이후, 시뮬레이터는 시뮬레이션 수행자료의 기준일이 계측일인지 또는 탑재일인지 체크한다(S400).

만일, 시뮬레이션 수행자료의 기준일이 계측일이었다면, 이제는 탑재일에 관련된 수행자료, 즉 입력자료가 시뮬레이터에 입력된다.

즉, 앞서 언급한 도 2에 도시한 바와 같이, 계측일 또는 계측 관련 정보를 기준으로 한 제 1 시뮬레이션을 수행하는 단계(S30)가 완료된 후, 탑재일 또는 탑재 관련 정보를 기준으로 한 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계(S60)가 이루어지는 것이다.

다시 말해, 시뮬레이터는 계측일 또는 계측 관련 자료는 각 대응하는 항목별로 탑재일 또는 탑재 관련 자료로 치환될 수 있다.

예컨대, 시뮬레이터는 탑재일의 예측자료, 즉 A 기후 예측 정보[예: 탑재일 시간대별 대기온도(A1), 탑재일 시간대별 운(雲)도(A2), 탑재일 시간대별 풍향(A3), 탑재일 시간대별 풍속(A4)]와, B 위치 정보[예: 탑재일 작업장 위도(B1), 탑재일 방위가 표시된 작업장내 블록 위치도(B2)]와, C 시간 정보[예: 탑재일 태양력 기준 일자(C1), 블록 탑재 시각(C2)]를 입력 받는다(S500). 이때, D 해석 정보 및 E 재료 정보는 계측일 및 탑재일과 상관없이 동일하므로, 기 입력된 자료가 시뮬레이터에서 사용될 수 있다.

이후, 시뮬레이터는 제 2 시뮬레이션 프로세스에 의해 앞서 설명한 것과 유사하게(데이터만 치환됨) 상기 S110 ~ S300과정을 반복한다.

즉, 블록에 대한 입력에너지인 태양복사 에너지량을 도출하는 과정(S110, S120, S130, S140)이 진행시, 상기 탑재일 작업장 위도(B1), 탑재일 태양력 기준 일자(C1)로부터 탑재일 태양력 기준 일자(C1)의 태양의 궤적(F1) 및 일출시간(F2)이 도출 또는 선택되어 사용될 수 있다(S110).

상기 태양의 궤적(F1), 분석의 이산화 단위(D1)로부터 각 분석시간대의 태양의 고도(F3) 및 방위각(F4) 그룹이 일출시간(F2)과 블록 탑재 시각(C2) 사이의 시간 범위 내에서 도출될 수 있다(S120).

또한, 상기 태양의 고도(F3), 분석의 이산화 단위(D1), 탑재일 시간대별 운도(A2)로부터 각 분석시간대의 법선면 태양복사 에너지량 그룹(F5)이 일출시간(F2)과 블록 탑재 시각(C2) 사이의 시간 범위 내에서 도출될 수 있다(S130).

또한, 상기 태양의 고도(F3) 및 방위각(F4)로부터 해석 시간대별 태양복사 법선면의 위치벡터(F6)가 도출될 수 있다(S140).

위와 같은 원리로, 블록의 대류계수인 강제대류계수 및 자연대류계수를 도출하는 과정(S150)도 상기 S500에서 언급한 탑재일의 예측자료를 기준으로 진행될 수 있다.

이렇게, 상기 탑재일의 예측자료를 기준으로 이루어지는 제 2 시뮬레이션 프로세스(S110 ~ S300)과정이 이루어지는 도중, 특히 유한요소해석 과정(S200, S300)에서는 탑재일의 예측자료로 수행되었기 때문에, 유한요소 해석 후처리 기구는 탑재일 태양력 기준 일자(C1)와 블록 탑재 시각(C2) 시점의 제 2 변위(G3)가 도출될 수 있다.

이후, 시뮬레이터는 시뮬레이션 수행자료의 기준일이 계측일인지 또는 탑재일인지 재 체크한다(S400).

이 경우에는, 시뮬레이션 수행자료의 기준일이 계측일이 아니라 탑재일이므로, 시뮬레이터는 상기 블록 순 오작량(G2)에 상기 탑재일 기준 제 2 변위(G3)를 더하여, 탑재일 태양력 기준 일자(C1) 및 블록 탑재 시각(C2) 시점의 설계 치수와의 편차(G4)를 도출할 수 있다(S600)(예: G4 = G2 + G3 임).

여기서, 편차(G4)는 세팅 수정값일 수 있고, 미래 정도 좌표 획득에 사용되는 산술값이 될 수 있다.

이런 경우, 블록이 탑재장인 도크 내로 이송되기 전에, PE 조립장 또는 작업장 등에서 상기와 같이 도출된 편차(G4)만큼 블록이 선행수정을 받게 되고, 이후 탑재일 당일날 도크에 이송되어 복사열에 의한 변형이 블록에서 일어나더라도, 선행수정을 받은 블록들끼리 조립 위치가 서로 정밀하게 일치되어서, 도크 내에서 블록을 수정을 하지 않고도 곧바로 탑재가 이루어질 수 있게 될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

1 : 블록 S1, S2 : 태양

Claims (4)

1. 시뮬레이터가 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션을 수행하는 방법에 있어서,
   사용자 또는 외부 기상 관련 사이트로부터 상온 조건에서 시뮬레이션하려는 블록의 블록 계측값 및 계측 환경값을 시뮬레이터에 입력받는 단계;
   상기 시뮬레이터가 상기 블록에 대한 정규 모델링을 수행하는 단계와, 상기 시뮬레이터가 상기 정규 모델링에 대한 제 1 시뮬레이션을 수행하는 단계;
   시뮬레이터가 상기 제 1 시뮬레이션 단계의 결과물로서 상온 조건에서 실제 변형자료를 획득하는 단계;
   사용자로부터 상기 시뮬레이터에 상기 블록에 대한 미래 세팅 환경값을 입력받는 단계;
   상기 시뮬레이터가 상기 미래 세팅 환경값을 이용하여 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및
   상기 시뮬레이터가 세팅 수정값 및 미래정도 좌표를 획득하는 단계를 포함하며,
   상기 제 1 시뮬레이션 또는 상기 제 2 시뮬레이션을 수행하는 단계에서는,
   상기 블록에 대한 입력에너지인 태양복사 에너지량을 도출하는 과정;
   상기 블록의 대류계수를 도출하는 과정;
   상기 태양복사 에너지량을 도출하는 단계와 상기 블록의 대류계수를 도출하는 과정에서 사용된 데이터를 전처리하여 인자를 추출하고, 상기 추출한 인자를 사용하여, 복사열이 없는 계측일 시간대별 대기온도에서의 블록 순 오작량과, 탑재일 태양력 기준 일자 및 블록 탑재 시각 시점의 제 2 변위를 도출하는 유한요소해석 과정; 및
   상기 블록 순 오작량에 상기 제 2 변위를 더하여, 태양력 기준 일자 및 블록 탑재 시각 시점의 설계 치수와의 편차를 도출하는 과정을 포함하는 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 세팅 수정값 및 미래정도 좌표를 이용하여 상기 블록을 도크에 입고시키기 전 단계에서 상기 블록에 대한 선행수정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 시뮬레이터가 입력 받는 정보는,
   기후정보로서, 계측일 또는 탑재일 시간대별 대기온도, 계측일 또는 탑재일 시간대별 운도, 계측일 또는 탑재일 시간대별 풍향, 계측일 또는 탑재일 시간대별 풍속;
   위치 정보로서, 계측일 또는 탑재일 작업장 위도, 계측일 또는 탑재일 방위가 표시된 작업장내 블록 위치도;
   시간 정보로서, 계측일 또는 탑재일 태양력 기준 일자, 블록 계측 또는 탑재 시각;
   해석 정보로서, 분석의 이산화 단위, 블록 전산도면, 계측 기준점, 계측 위치 및 계측결과; 및
   재료 정보로서, 블록 도장재의 방사율, 블록 열전달 물성치, 블록 역학적 물성치인 것을 특징으로 하는 선체 블록 복사열변형 시뮬레이션 방법.

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