KR101517550B1 - 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법 - Google Patents

보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보강판 구조물의 구조성능평가를 위한 다이어그램 도출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압축 및 인장 하중 하 보강판 구조물의 최종 종강도 거동특성을 파악하기 위한 다이어그램 개발에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 보강판 구조물의 구조성능평가를 위한 다이어그램 도출방법은, 선박이나 선박구조물 중에서 가장 큰 하중이 가해지는 보강판을 선정하여 각 부위별 치수 및 주요 제원을 산정하는 단계와, 상기 산정 치수 정보를 바탕으로 해당 보강판을 모델링하는 단계와, 상기 보강판에서 발생할 수 있는 하중 종류 및 정도를 포함하는 하중 정보에 대해 정의하는 단계와, 상기 모델링된 보강판에 상기 정의 하중을 가해 최종 종강도를 해석하는 단계, 및 상기 최종 종강도 해석 결과를 바탕으로 가로축의 하중비와 세로축의 임계응력의 관계로 다이어그램을 도출하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법 {Method for development of diagram for structural strength evaluation of stiffened panel}
본 발명은 보강판 구조물의 구조성능평가를 위한 다이어그램 도출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압축 및 인장 하중 하 보강판 구조물의 최종 종강도 거동특성을 파악하기 위한 다이어그램 개발에 관한 것이다.
선박, 해양플랜트, 육상플랜트, 건물, 교량 및 기타 다양한 구조물의 설계에 가장 흔히 적용되는 보강판 구조물(판과 보강재로 이루어진 구조물)은 가해지는 하중성분에 따라 적절히 배치되고 또 설계에 있어 경제성 및 안전성의 극대화를 위한 최적화 설계기법이 요구된다.
일반적으로 선박 및 선박형 해양플랜트 구조물에 적용되는 보강판 구조물의 경우 주로 축방향 하중(압축력 및 인장력)이 지배적으로 가해지며, 이는 해당 구조물에 가해지는 정수중 그리고 파랑중 하중에 따라 발생하는 호깅(hogging) 및 새깅(sagging) 모멘트에 따라 발생한다.
이러한 압축력 및 인장력이 가해지는 보강판 구조물의 구조안전성 평가는 구조설계에 있어 아주 중요한 부분을 차지하고 있으며, 보편적으로 도 1에 도시된 바와 같이 가로축을 보강판 길이방향의 최종 종강도 거동특성, 세로축을 보강판 폭방향의 최종 종강도 거동특성으로 표현한다.
도 1에서 σxu는 x방향(길이방향)에 있어서 최종 종강도이고, σyu는 y방향(폭방향)에 있어서 최종 종강도이며, σYeq는 등가항복응력(equivalent yield stress)이다.
도 1의 그래프에서 (+)는 인장력, (-)는 압축력을 나타내는 것으로, 3사분면은 양방향 압축의 결과를 나타낸다.
하지만, 보편적으로 사용되는 해당 다이어그램의 경우, 많은 보강판에 대해 수행한 해석결과를 일반화하기에 한계가 있고, 그것을 수식화하는 점에 있어 불편한 점이 있었다.
Ocean Engineering 35 (2008) 271~280, Methods for ultimate limit state assessment of ships and ship-shaped offshore structures: Part II stiffened panels
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 보강판 구조물에 가해지는 축방향 하중(1축 압축력 및 1축 인장력) 및 횡방향 하중 등 다양한 하중들을 고려한 개선된 보강판 최종 종강도 거동 평가 다이어그램 개발법을 제시함으로써 해당 구조물의 안전성 평가와 더불어 좀 더 효율적으로 자료를 수식화할 수 있는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법은 (a) 선박이나 선박구조물 중에서 가장 큰 하중이 가해지는 보강판을 선정하여 각 부위별 치수 및 주요 제원을 산정하는 단계;
(b) 상기 (a)단계에서 산정한 치수 정보를 바탕으로 해당 보강판을 모델링하는 단계;
(c) 상기 보강판에서 발생할 수 있는 하중 종류 및 정도를 포함하는 하중 정보에 대해 정의하는 단계;
(d) 상기 (b)단계에서 모델링된 보강판에 상기 (c)단계에서 정의한 하중을 가해 최종 종강도를 해석하는 단계; 및
(e) 상기 최종 종강도 해석 결과를 바탕으로 가로축의 하중비와 세로축의 임계응력의 관계로 다이어그램을 도출하는 단계;
를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 (a)단계에서 중립축에서 거리가 가장 먼 보강판을 선정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (a)단계에서 보강판에서 부식손상이 발생할 경우 시간의존형 부식모델을 고려하고 공통구조규칙에서 제시한 부식마진을 고려하여 치수를 산정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c)단계에서 상기 보강판이 선저외판 부분의 보강판인 경우 가해지는 수압 및 발라스트 탱크에서 기인한 수압을 고려하여 하중 정보에 대해 정의하고, 선저내판 부분의 보강판인 경우 화물의 무게에서 기인한 압력을 고려하여 하중 정보를 정의하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가해지는 수압으로 선박 또는 선박구조물이 정박중인 경우는 정수압을 고려하고, 운항중인 경우는 정수압과 동수압을 함께 고려하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c)단계에서 정의한 하중정보는 축방향 하중, 횡방향 하중 및 2가지 하중의 조합인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d)단계 이전에 보강판에 초기부터 존재하는 초기처짐량과 보강판 제작시 용접에 의한 초기잔류응력(용접잔류응력)을 산정하여 (d)단계의 최종 종강도 해석시 반영하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강판의 초기처짐량을 판과 보강재의 초기처짐으로 분리하여 산정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판의 초기처짐량은 수학식
Figure 112013079878074-pat00001
중 중간에 있는 보통 레벨 수식으로 산정하고, 보강재의 초기처짐량은 수학식
Figure 112013079878074-pat00002
으로 산정하는 것을 특징으로 한다.
여기서 wopl은 판의 전체 처짐, t는 판의 두께, a는 판의 길이, β는 판 세장비(plate slenderness ratio), woc는 보강재의 기둥타입 처짐, wos는 보강재의 사이드방향 처짐이다.
또한, 상기 용접잔류응력은 수학식
Figure 112013079878074-pat00003
중 중간에 있는 보통 레벨 수식으로 산정하는 것을 특징으로 한다.
여기서 wrcx는 용접잔류응력이고 σY는 항복응력이다.
또한, 상기 (d)단계 이전에 1축하중이 가해지는 경우와 1축하중 및 횡하중이 가해지는 경우를 해석하는 다양한 해석방법(프로그램)을 비교하여 최적의 해석 방법을 결정하고, (d)단계에서 그 최적의 해석방법으로 최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 최적의 해석방법은 ALPS/ULSAP 프로그램인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (e)단계에서 다이어그램은 수학식
Figure 112013079878074-pat00004
에 의해 도출되는 것을 특징으로 한다.
여기서 σc는 보강판이 외력에 저항하는 능력, σxu는 길이방향 보강판 최종강도, σyu는 폭방향 보강판 최종강도이다.
또한, (f) 상기 (e)단계 이후에 상기 다이어그램을 바탕으로 추세선을 이용하여 경험식을 산출하는 단계를 더 수행하되, 함수의 입력값은 폭방향 하중비율(σy), 출력값은 보강판이 외력에 저항하는 능력(σc)/등가항복응력(σYeq)으로 나타내고, 길이방향 하중비율(σx)과 폭방향 하중비율(σy)의 합은 1.0이 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경험식은 수학식
Figure 112013079878074-pat00005
의 4차 함수인 것을 특징으로 한다.
그리고 (g) 상기 (f)단계 이후에 상기 경험식을 기존의 분석 방법과 비교해 얼마만큼의 오차가 있는지 확률통계분석을 통해 확인하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제의 해결 수단에 의하면 1축하중 및 횡하중이 가해지는 보강판의 최종강도를 평가하는 다이어그램을 통해 기존의 표현방식을 수식화하고 간편화하며, 또한 그것을 일반화하는데 도움을 줄 수 있다.
이와 더불어 언급된 변수들과 관련된 상관계수의 변화를 경험식으로 도출할 수 있다.
또한, 제시된 다이어그램을 통해 가해지는 하중성분에 따른 구조강도평가를 쉽게 수행할 수 있으며 이를 통해 선박 및 해양플랜트 구조물의 안전성 평가에 대한 판단기준을 제시할 수 있다.
도 1은 종래 보강판 최종 종강도 특성을 표현한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다이어그램 도출방법의 순서도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 보강판 선정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 공통구조규칙이 적용된 이중선체 유조선의 단면과 해당 부재별 부식 손상량을 고려해 부식마진을 나타낸 도면이다.
도 5는 현존하는 시간의존형 부식모델 중 7.5년의 코팅수명을 가진 Severe 레벨의 부식모델이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초기결함을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 1축하중에 대한 해석방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 1축하중 및 횡하중에 대한 해석방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a와 도 9b는 본 발명의 실시예에 따라 다이어그램을 바탕으로 경험식을 산출하는 것을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 경험식의 결과와 실제 해석결과를 비교하여 제시한 기법의 적용가능성을 평가하고 있는 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 2는 본 발명의 실시예에 따른 다이어그램 도출방법의 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 제1단계(S10)는 선택된 대상 구조물 중 가장 큰 하중이 가해지는 보강판을 선정하여 각 부위별 치수 및 주요제원을 산정하는 단계이다.
제2단계(S20)는 제1단계(S10)의 치수 정보를 바탕으로 해당 보강판을 모델링하는 단계이다.
상기 2단계(S20)에서 보강판 모델링을 위해, 해석범위 선정작업이 선행되어야 한다. 주로 3-bay모델(1bay - 1bay - 1bay), 2-bay모델(1/2bay - 1bay - 1/2bay), 1-bay모델 등을 적용한다.
제3단계(S30)는 상기 보강판에서 발생할 수 있는 하중 종류 및 정도를 포함하는 하중 정보에 대해 정의하는 단계이다.
제4단계(S40)는 상기 모델링된 보강판에 가해지는 제3단계(S30)에서 정의한 하중 정보를 바탕으로 최종 종강도를 해석한다.
이때 상기 제4단계(S40)의 최종 종강도 해석을 위해 초기결함 즉, 보강판에 초기부터 존재하는 초기처짐량과 보강판 제작시 용접에 의한 초기잔류응력을 미리 산정하여 최종 종강도 해석시 이를 고려할 수 있다.
또한, 제4단계(S40)의 최종 종강도 해석을 위해 1축하중이 존재하는 경우와 1축하중 및 횡하중이 가해지는 경우를 해석하는 다양한 해석방법을 비교하여 최적의 해석 방법을 미리 결정할 수 있다.
제5단계(S50)는 제4단계(S40)의 최종 종강도 해석 결과를 바탕으로 가로축의 하중비와 세로축의 임계응력의 관계로 다이어그램을 도출한다.
제6단계(S60)는 상기 다이어그램을 바탕으로 추세선을 이용하여 경험식을 산출한다.
마지막으로 제7단계(S70)는 상기 다이어그램(경험식)의 적용가능성을 확률통계분석에 의해 평가한다.
<실시예>
제1단계(S10)는 도 3에 도시된 바와 같이 선택된 대상 구조물 중 가장 큰 하중이 가해지는 보강판을 선정하여 각 부위별 치수 및 주요제원을 산정하는 단계이다.
여기서 대상 구조물은 선박이나 선박형 해양플랜트 구조물이다.
이때 상기 보강판은 중립축(neutral axis, NA)에서 가장 거리가 먼 보강판을 선정한다.
도 3에서는 중립축과 가장 거리가 먼 보강판 3가지 종류, 갑판(Deck) 부분과 선저내판(Inner bottom) 부분 및 선저외판(Outer bottom) 부분에 대한 상세한 그림예시를 보여주고 있으며, 이에 따른 치수 및 주요제원을 산정한다.
이때 보강판에서 부식손상이 발생할 경우 시간의존형 부식모델 및 선박의 공통구조규칙을 고려하여 치수를 산정한다.
예를 들어 부식손상의 경우 도 5와 같이 7.5년의 코팅수명을 가진 시간의존형 부식모델(TDCWM: Time dependent corrosion wastage model)을 고려하여 치수를 산정하고, 도 4와 같이 국제선급협회연합(IACS)에서 한국선급(KR) 및 IACS 정회원 6개 선급이 공동으로 개발한 산적화물선 및 이중선체 유조선에 대한 공통구조규칙(CSR: Common structural rule)에서 제시한 부식마진을 고려하여 치수를 산정한다.
도 4에서 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 5에서 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.
제2단계(S20)는 제1단계(S10)의 치수 정보를 바탕으로 해당 보강판을 모델링하는 단계이다.
모델링에 있어 가장 중요한 것은 해석 범위선정으로서, 보강판 해석의 경우 주로 3가지 정도의 해석범위가 주로 적용된다.
첫 번째로 3-bay모델(1bay - 1bay - 1bay)로 이루어진 모델이 있으며, 이는 보강판의 길이방향을 3배로 증가시켜 축압축 및 횡하중이 가해질 때의 보강판 최종강도를 도출하는 방법이다.
3-bay모델의 해석결과 중 최종적으로는 가장 가운데 위치한 1bay의 구조성능을 평가하게 되며 양측면에 존재하는 부재들의 경우 압축력이 가해질 때 실제 선박 및 선박형 해양플랜트 구조물의 경계조건과 흡사한 조건을 가정하기 위해 추가적으로 적용된 것이기에 양측면 부재의 강도는 평가하지 않는다.
이와 마찬가지로, 2-bay모델(1/2bay - 1bay - 1/2bay)의 경우 가운데 해석모델을 바탕으로 양측면에 실제 보강판 구조물 길이 반만큼을 추가적으로 모델링한 것으로써, 이 또한 실제 경계조건과 흡사하게 만들기 위해서이며, 3-bay모델에 비해 좀더 적은 해석시간이 소요되는 장점이 있다.
마지막으로 1-bay모델의 경우 실제 선정된 보강판 구조물의 치수 그대로 해석하는 기법으로써 가장 해석시간이 빠른 장점이 있지만, 이에 비해 구조물의 경계조건을 너무 튼튼하게 가정하는 이유로, 해석결과는 기타 방법에 비해 좀 더 높게 나온다.
더불어 상기 언급된 보강판 최종강도 해석의 경우 4면의 경계조건은 단순지지(Simply suported) 조건을 가정하여 해석을 수행하며, 이는 보강판 구조물을 좀더 비관적으로 해석하여 구조물의 신뢰도를 높이기 위함이다.
제3단계(S30)는 상기 보강판에서 발생할 수 있는 하중 종류 및 정도를 포함하는 하중 정보에 대해 정의하는 단계이다.
여기서 상기 보강판이 선저외판 부분의 보강판인 경우 가해지는 수압 및 발라스트 탱크에서 기인한 수압을 고려하여 하중 정보에 대해 정의하고, 선저내판 부분의 보강판인 경우 화물의 무게(유조선-오일, 산적화물선-철광석, 곡물 등, 컨테이너선-컨테이너박스 등)에서 기인한 압력을 고려하여 하중 정보를 정의한다.
또한, 수압에 있어서 정박중인 선박 또는 선박구조물의 경우는 정수압을 고려하고, 운항중인 선박 또는 선박구조물의 경우는 정수압과 동수압을 고려한다.
또한, 정수압과 동수압 하중량 산정에 대해서는 국제선급협회연합(IACS)에서 제시한 기준을 바탕으로 한다.
또한, 보강판에 큰 영향을 미치는 축방향 하중, 횡방향 하중 및 2가지 하중의 조합을 하중 정보로 정의한다.
제4단계(S40)는 상기 제2단계(S20)에서 모델링된 보강판에 제3단계(S30)에서 정의한 하중 정보를 가해 최종 종강도를 해석한다.
상기 제4단계(S40) 이전에 초기결함 즉, 보강판에 초기부터 존재하는 초기처짐량과 보강판 제작시 용접에 의한 초기잔류응력(용접잔류응력)을 미리 산정한다.
상기 보강판의 초기처짐량의 산정에 있어서 초기처짐은 도 6에 도시된 바와 같이 판과 보강재의 초기처짐으로 분리하여 산정한다.
도 6에서 좌측은 판의 초기결함을 우측은 보강재의 초기결함을 보여준다.
이때 아래의 다수 수학식과 같은 다양한 초기결함들을 고려할 수 있다.
Figure 112013079878074-pat00006
여기서 wopl은 판의 전체 처짐, b는 판의 폭, t는 판의 두께이다.
Figure 112013079878074-pat00007
Figure 112013079878074-pat00008
여기서 β는 판 세장비(plate slenderness ratio)이고, woc는 보강재의 기둥타입 처짐, wos는 보강재의 사이드방향 처짐이다.
또한 상기 wopl에 대한 수학식의 3가지 레벨 중 상부는 경미(slight) 레벨에서의 수식, 중간은 보통(average) 레벨에서의 수식, 하부는 심각(severe) 레벨에서의 수식이다.
Figure 112013079878074-pat00009
Figure 112013079878074-pat00010
본 실시예에서는 다수의 수학식 중 판의 경우 상기 수학식 3의 3가지 레벨 중 가운데의 보통 레벨(average level)을 고려하고, 보강재의 경우, 수학식 3의 woc = wos = 0.0015a을 고려한다.
또한, 용접잔류응력의 산정에 있어서 용접공의 숙련도 및 용접상태에 따라 아래의 수학식 6과 같이 3가지 레벨로 분리하여 고려한다.
Figure 112013079878074-pat00011
여기서 wrcx는 용접잔류응력이고, σY는 항복응력이다.
수학식 6의 3가지 레벨 중 상부는 경미(slight) 레벨에서의 수식, 중간은 보통(average) 레벨에서의 수식, 하부는 심각(severe) 레벨에서의 수식으로서, 본 실시예에서는 상기 레벨 중 가운데의 보통 레벨을 고려한다.
이와 같은 초기처짐량과 용접잔류응력을 고려하여 최종 종강도를 해석하되, 길이방향하중(x방향)과 폭방향하중(y방향)의 하중비(ratio)의 합이 항상 1.0이 되게 설정하고, 초기처짐량과 용접잔류응력을 고려하여(반영하여) 모델링된 보강판의 최종 종강도를 해석한다.
또한 보강판의 최종 종강도 수행에 앞서 도 7과 같이 1축하중이 존재하는 경우와 도 8과 같이 1축하중과 더불어 횡방향하중(수압)이 가해지는 경우를 해석하기 위한 최적의 해석프로그램 선정에 대한 선행연구가 동반될 수 있다.
도 7은 1축하중하에서 ALPS/ULSAP 시뮬레이션 코드(프로그램)를 사용한 설계공식법과 ANSYS 시뮬레이션 코드(프로그램)를 사용한 유한요소해석법(FEA)의 해석 결과를 보여주는 그래프로서, 좌측은 앵글 타입의 보강판인 경우이고, 우측은 T 타입의 보강판인 경우이다.
도 8은 1축하중 및 횡하중하에서 ALPS/ULSAP 시뮬레이션 코드(프로그램)를 사용한 설계공식법과 ANSYS 시뮬레이션 코드(프로그램)를 사용한 유한요소해석법(FEA)의 해석 결과를 보여주는 그래프로서, 좌측은 보강판의 두께가 15mm인 경우이고, 우측은 보강판의 두께가 18.5mm인 경우이다.
이와 같은 비교결과를 바탕으로 본 실시예에서는 ALPS/ULSAP 프로그램을 사용하여 최종 종강도를 해석한다.
제5단계(S50)는 제4단계(S40)의 최종 종강도 해석 결과를 바탕으로 아래의 수학식 7에 의해 가로축의 하중비(σx/σy)와 세로축의 보강판이 외력에 저항하는 능력(σc)의 관계로 다이어그램을 도출한다.
Figure 112013079878074-pat00012
여기서 여기서 σc는 보강판이 외력에 저항하는 능력, σxu는 길이방향 보강판 최종강도, σyu는 폭방향 보강판 최종강도이다.
제6단계(S60)는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 보강판 최종 종강도 평가를 위한 상기 다이어그램을 바탕으로 추세선을 도출하여 경험식을 산출하되, 수학식 8과 같이 4차 다항함수로 표현되며, 함수의 입력값은 폭방향 하중비율(σy), 출력값은 보강판이 외력에 저항하는 능력(σc)/등가항복응력(σYeq)으로 정의한다.
Figure 112013079878074-pat00013
이때 길이방향 하중비율(σx)과 폭방향 하중비율(σy)의 합은 1.0이 된다.
제7단계(S70)는 도 10에 도시된 바와 같이 상기 경험식의 결과와 실제 해석결과와의 비교를 위해 평균, 분산, 변동계수값을 도출하고 개발된 다이어그램의 사용 가능 척도 및 정확도를 평가한다.
즉, 도 10을 통해 상기 경험식이 기존의 방법과 비교해 얼마만큼의 오차가 있는지 확률통계분석(평균값, 분산, 표준편차)을 통해 확인하여, 다이어그램(경험식)의 적용가능성을 평가한다.

이와 같은 일련의 연산과정은 컴퓨터로 판독가능한 기록매체가 저장된 시뮬레이션 시스템에 의해서 이루어짐은 물론이다.
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.

Claims (16)

  1. 컴퓨터로 판독가능한 기록매체가 저장된 시뮬레이션 시스템에서 일련의 연산과정이 수행되는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법에 있어서,
    (a) 선박이나 선박구조물 중에서 가장 큰 하중이 가해지는 보강판을 선정하여 각 부위별 치수 및 주요 제원을 산정하는 단계;
    (b) 상기 (a)단계에서 산정한 치수 정보를 바탕으로 해당 보강판을 모델링하는 단계;
    (c) 상기 보강판에서 발생할 수 있는 하중 종류 및 정도를 포함하는 하중 정보에 대해 정의하는 단계;
    (d) 상기 (b)단계에서 모델링된 보강판에 상기 (c)단계에서 정의한 하중을 가해 최종 종강도를 해석하는 단계; 및
    (e) 상기 최종 종강도 해석 결과를 바탕으로 가로축의 하중비와 세로축의 임계응력의 관계로 다이어그램을 도출하는 단계;
    를 포함하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 중립축에서 거리가 가장 먼 보강판을 선정하는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 보강판에서 부식손상이 발생할 경우 시간의존형 부식모델을 고려하고 공통구조규칙에서 제시한 부식마진을 고려하여 치수를 산정하는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 상기 보강판이 선저외판 부분의 보강판인 경우 가해지는 수압 및 발라스트 탱크에서 기인한 수압을 고려하여 하중 정보에 대해 정의하고,
    선저내판 부분의 보강판인 경우 화물의 무게에서 기인한 압력을 고려하여 하중 정보를 정의하는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가해지는 수압으로 선박 또는 선박구조물이 정박중인 경우는 정수압을 고려하고, 운항중인 경우는 정수압과 동수압을 함께 고려하는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 정의한 하중정보는 축방향 하중과 횡방향 하중 및 그 2가지 하중의 조합인 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계 이전에 보강판에 초기부터 존재하는 초기처짐량과 보강판 제작시 용접에 의한 초기잔류응력(용접잔류응력)을 산정하여 (d)단계의 최종 종강도 해석시 반영하는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보강판의 초기처짐량을 판과 보강재의 초기처짐으로 분리하여 산정하는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 판의 초기처짐량은 수학식
    Figure 112015016975143-pat00030
    중 중간에 있는 보통 레벨(average level)에 해당하는 수식으로 산정하고, 보강재의 초기처짐량은 수학식
    Figure 112015016975143-pat00015
    으로 산정하는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
    여기서 wopl은 판의 전체 처짐, t는 판의 두께, a는 판의 길이, β는 판 세장비(plate slenderness ratio), woc는 보강재의 기둥타입 처짐, wos는 보강재의 사이드방향 처짐이다.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 용접잔류응력은 수학식
    Figure 112015016975143-pat00031
    중 중간에 있는 보통 레벨(average level)에 해당하는 수식으로 산정하는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
    여기서 wrcx는 용접잔류응력이고 σY는 항복응력이다.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계 이전에 1축하중이 가해지는 경우와 1축하중 및 횡하중이 가해지는 경우를 해석하는 ALPS/ULSAP 시뮬레이션 코드(프로그램)를 사용한 설계공식법과 ANSYS 시뮬레이션 코드(프로그램)를 사용한 유한요소해석법(FEA)을 비교하여 최적의 해석 방법을 결정하고, (d)단계에서 그 최적의 해석방법으로 최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 최적의 해석방법은 ALPS/ULSAP 프로그램인 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 다이어그램은 수학식
    Figure 112013079878074-pat00017
    에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
    여기서 σc는 보강판이 외력에 저항하는 능력, σxu는 길이방향 보강판 최종강도, σyu는 폭방향 보강판 최종강도이다.
  14. 제1항에 있어서,
    (f) 상기 (e)단계 이후에 상기 다이어그램을 바탕으로 추세선을 이용하여 경험식을 산출하는 단계를 더 수행하되, 함수의 입력값은 폭방향 하중비율(σy), 출력값은 보강판이 외력에 저항하는 능력(σc)/등가항복응력(σYeq)으로 나타내고, 길이방향 하중비율(σx)과 폭방향 하중비율(σy)의 합은 1.0이 되는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 경험식은
    Figure 112013079878074-pat00018
    의 4차 함수인 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
  16. 제14항에 있어서,
    (g) 상기 (f)단계 이후에 상기 경험식을 기존의 분석 방법과 비교해 얼마만큼의 오차가 있는지 확률통계분석을 통해 확인하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법.
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