KR101676923B1 - Estimation system and method of optimum carbon fiber content of multi-layered composite for developing CFRP hull structures - Google Patents

Estimation system and method of optimum carbon fiber content of multi-layered composite for developing CFRP hull structures Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형선박의 제작 시 이를 구성하는 탄소섬유강화복합소재를 국제표준에 기반하여 최적으로 설계하기 위한 기술로서, 국제표준에 기반하여 탄소섬유강화복합소재의 특성을 반영한 물성과 이에 따른 구조부재의 안전성을 만족함과 동시에 구조부재의 최적설계를 통해 탄소섬유강화복합소재의 설계를 최적화하기 위한 시스템과 방법에 관한 것이다.
본 발명은 설계하고자 하는 설계선의 주요제원으로부터 설계하중을 산출하는데 필요한 제원정보를 추출하고, 상기 설계하중을 산출하기 위한 설계면적을 결정하는 주요제원 분석부와, 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 설계면적에 따른 최적의 설계하중을 결정하는 설계기준 결정부와, 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 최적의 설계하중에 따른 상기 설계선의 외판 요구두께를 추정하는 요구두께 추정부와, 상기 추정된 외판 요구두께를 형성하기 위한 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 최적 적층수 결정부를 포함하는 시스템과, 그에 기반하여 실시되는 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a technique for optimally designing a carbon fiber reinforced composite material constituting the small-sized ship in accordance with international standards. The present invention is based on international standards, And to a system and method for optimizing the design of a carbon fiber reinforced composite material through optimum design of structural members.
The present invention includes a main specification analysis unit for extracting specification information necessary for calculating a design load from a main specification of a design line to be designed and determining a design area for calculating the design load, A design criterion determining unit for determining an optimal design load according to the determined design area based on at least one international standard for hull design, And an optimum stacking number determining unit for determining an optimum stacking number of the composite material to form the estimated thickness required for forming the outer shell with respect to the impregnation ratio, and a method for implementing the same.

Description

탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 방법 및 시스템{Estimation system and method of optimum carbon fiber content of multi-layered composite for developing CFRP hull structures}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and system for determining the optimum carbon fiber amount for the development of a multi-

본 발명은 소형선박의 제작 시 이를 구성하는 탄소섬유강화복합소재를 국제표준에 기반하여 최적으로 설계하기 위한 기술로서, 국제표준에 기반하여 탄소섬유강화복합소재의 특성을 반영한 물성과 이에 따른 구조부재의 안전성을 만족함과 동시에 구조부재의 최적설계를 통해 탄소섬유강화복합소재의 설계를 최적화하기 위한 시스템과 방법에 관한 기술이다.
The present invention relates to a technique for optimally designing a carbon fiber reinforced composite material constituting the small-sized ship in accordance with international standards. The present invention is based on international standards, And a system and method for optimizing the design of a carbon fiber reinforced composite material through an optimum design of a structural member.

일반적으로 복합소재를 이용한 선체의 설계와 제작은 작업자의 경험에 많이 의존적이었으며, 적용하는 소재와 제작 방법에 있어서 그 활용범위가 제한적이었다. In general, the design and fabrication of hull using composite materials is highly dependent on the experience of the operator, and the range of application of the materials and manufacturing method is limited.

그로 인해 선박의 제작에 복합소재를 적용함으로서 얻을 수 있는 장점을 많이 반영하지 못하는 부분이 있었으며, 구조적인 안전성이나 제작의 타당성 부분에서 검증이 힘든 부분이 있었다.
종래 기술로는 '탄소섬유강화복합재료(CFRP) 레저선박 선체설계를 위한 ISO 12215와 국제선급규정 비교분석' [한국해양공학회지 제28권 제1호, pp 77-84, 2014년 2월, 저자 - 오대균.이동건.강기문.류철호.노재규]과, '50피트급 탄소섬유강화복합재료 크루즈 보트의 기본설계 및 특성' [해양환경안전학회지 19(6), 2013년 12월, 저자 - 오대균, 이창우, 정우철, 류철호]이 소개되고 있다. 그러나, 이러한 종래 기술에는 구조부재로서 탄소섬유강화복합소재를 사용하는 경우에 중량의 최적화를 목적으로 최적의 적층 조합을 제공할 수 있는 기술이 소개되지 않고 있다. Therefore, there is a part that does not reflect the advantages that can be gained by applying composite material to the production of ship, and there is a part that is hard to verify in structural safety and feasibility of production.
As a conventional technology, 'Comparative analysis of ISO 12215 for design of CFRP recreational ship hull and international classification regulations' [Korean Society of Ocean Engineering Journal Vol. 28, No. 1, pp 77-84, Feb. 2014, - Basic design and characteristics of '50-foot carbon fiber reinforced composite cruise boat' [Journal of the Korean Society of Coastal and Environment Safety 19 (6), December 2013, author - Oh Dae Kyun, Lee Chang-woo, Jung Woo-cheol, Ryu Cheol-Ho] are introduced. However, such a conventional technique does not disclose a technique that can provide an optimal lamination combination for the purpose of weight optimization when a carbon fiber reinforced composite material is used as a structural member.

특히, 소형선박의 제작에 복합소재를 적용하는 경우에 대비하여 구조적인 안전성과 제작의 타당성에 대한 보다 명확한 검증이 요구되고 있다.
Particularly, in case of applying composite materials to small ships, structural safety and feasibility of fabrication are required to be verified more clearly.

본 발명의 목적은 상기한 점들을 감안하여 안출한 것으로, 성능 향상을 위해 선박의 설계 구조 및 그를 구성하는 탄소섬유강화복합소재의 함침율을 최적화할 수 있는 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a carbon fiber reinforced composite multi-layered shell hull structure material capable of optimizing the design structure of the ship and the impregnation rate of the carbon fiber reinforced composite material composing the same, And to provide a method and a system for determining the optimum carbon fiber amount for the carbon fiber.

본 발명의 다른 목적은, 선박의 설계와 제작에 대하여 국제표준에서 정의하는 기준에 따라 복합소재의 특징을 분석하여 선박의 설계 결과에 영향을 주는 복합소재의 설계요소를 분석하고, 설계하고자 하는 선박의 성능을 최적화 할 수 있는 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to analyze the characteristics of the composite material according to the criteria defined by the international standard for the design and manufacture of the ship, analyze the design elements of the composite material affecting the ship design result, The present invention provides a method and system for determining the optimal carbon fiber amount for the development of a multi-layered shell hull structure material capable of optimizing the performance of a carbon fiber reinforced composite material.

탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 시스템의 특징은, 설계하고자 하는 설계선의 주요제원으로부터 설계하중을 산출하는데 필요한 제원정보를 추출하고, 상기 설계하중을 산출하기 위한 설계면적을 결정하는 주요제원 분석부와, 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 설계면적에 따른 최적의 설계하중을 결정하는 설계기준 결정부와, 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 최적의 설계하중에 따른 상기 설계선의 외판 요구두께를 추정하는 요구두께 추정부와, 상기 추정된 외판 요구두께를 형성하기 위한 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 최적 적층수 결정부를 포함하는 것이다.Carbon Fiber Reinforced Composite Material The optimal carbon fiber amount determination system for the development of multi-layered shell structural material is characterized by extracting specification information required to calculate the design load from the main specifications of the design line to be designed and designing it to calculate the design load A design specification determining section for determining an optimal design load according to the determined design area based on at least one international regulation for hull design, at least one international regulation for hull design, A thickness estimating section for estimating a thickness of the outer shell required for the design line in accordance with the determined optimum design load, and an optimum lamination determining section for determining an optimum stacking number of the composite material, And a number determination unit.

바람직하게, 상기 설계선의 주요제원을 입력하기 위한 주요제원 입력부를 더 포함할 수 있다.Preferably, a main specification input unit for inputting a main specification of the design line may be further included.

보다 바람직하게, 상기 주요제원 입력부는 상기 설계선의 길이와 폭과 높이와 흘수를 포함하는 크기 규격, 상기 설계선의 무게, 상기 설계선의 속도, 그리고 상기 설계선의 선저경사각을 포함하는 상기 주요제원을 입력할 수 있다.More preferably, the main specification input unit inputs the main specification including the size specification including the length, width, height and draft of the design line, the weight of the design line, the speed of the design line, and the bottom inclination angle of the design line .

바람직하게, 상기 최적 적층수 결정부에서 결정된 최적 적층수와, 상기 복합소재의 섬유 종류에 따른 최적 함침율을 출력하는 결과 출력부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a result output unit for outputting the optimal stacking number determined by the optimal stacking number determination unit and the optimum impregnation ratio according to the fiber type of the composite material.

바람직하게, 상기 설계기준 결정부는 상기 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 설계면적에 따른 적어도 하나의 설계하중을 추정하는 설계하중 추정부를 포함하되, 상기 설계하중 추정부에서 추정된 적어도 하나의 설계하중 중에서 최대 설계하중을 상기 최적의 설계하중으로 결정할 수 있다.Preferably, the design criteria determining section includes a design load estimating section that estimates at least one design load based on the determined design area based on at least one international rule for the hull design, The maximum design load among the at least one design load can be determined as the optimum design load.

바람직하게, 상기 설계기준 결정부 또는 상기 요구두께 추정부는, 상기 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정으로 ISO 12215와 선체설계 규정(RINA 규정) 중 적어도 하나를 적용할 수 있다.Preferably, the design criteria determiner or the required thickness estimator may apply at least one of ISO 12215 and hull design rules (RINA regulations) as at least one international standard for the hull design.

바람직하게, 상기 최적 적층수 결정부는 상기 추정된 외판 요구두께 중에서 상기 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 적층수를 상기 최적 적층수로 결정할 수 있다.Preferably, the optimum number of lamination determination unit may determine the minimum number of laminations as the optimum lamination number in comparison with the impregnation ratio of the composite material among the estimated outer plate required thicknesses.

바람직하게, 상기 최적 적층수 결정부는 상기 추정된 외판 요구두께 중에서 상기 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 질량의 적층수를 상기 최적 적층수로 결정할 수 있다.Preferably, the optimal number of lamination determination unit may determine the number of laminations of the minimum mass as the optimal lamination number in comparison with the impregnation ratio of the composite material among the estimated outer plate required thicknesses.

보다 바람직하게, 상기 최적 적층수 결정부는, 상기 최적 적층수에 대비되는 상기 복합소재의 함침율을 최적 함침율로 더 결정할 수 있다.More preferably, the optimal laminated number determining section can further determine the impregnation rate of the composite material as compared with the optimal laminated number at the optimum impregnation rate.

바람직하게, 상기 최적 적층수 결정부는, 상기 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는데 차분진화 알고리즘(Differential Evolution Algorithm)을 적용할 수 있다.Preferably, the optimal number of layers determination unit may apply a differential evolution algorithm to determine the optimum number of layers to be stacked in relation to the impregnation ratio of the composite material.

바람직하게, 상기 최적 적층수 결정부는, 상기 설계선의 상기 복합소재로서 탄소섬유강화복합소재를 사용하는 경우에, 상기 탄소섬유강화복합소재에 함유된 탄소섬유량의 비율을 상기 함침율로 적용할 수 있다.Preferably, when the carbon fiber-reinforced composite material is used as the composite material of the design line, the optimum number of layers stacking portion may be such that the ratio of the amount of carbon fibers contained in the carbon fiber- have.

탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 방법의 특징은, 설계하고자 하는 설계선의 주요제원을 입력받는 단계와, 상기 입력된 주요제원 중에서 상기 설계선의 설계하중을 산출하는데 필요한 제원정보를 추출하는 단계와, 상기 추출된 제원정보에 기반하여 상기 설계하중을 산출하기 위한 설계면적을 결정하는 단계와, 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 설계면적에 따른 최적의 설계하중을 결정하는 단계와, 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 최적의 설계하중에 따른 상기 설계선의 외판 요구두께를 추정하는 단계와, 상기 추정된 외판 요구두께를 형성하기 위한 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 단계와, 상기 결정된 최적 적층수와 상기 복합소재의 섬유 종류에 따른 최적 함침율을 출력하는 단계로 이루어지는 것이다.The optimum carbon fiber amount determination method for the development of the carbon fiber reinforced composite material multi-layered shell hull structural material is characterized in that it includes a step of receiving the main specifications of the design line to be designed and a step of calculating the design load Determining a design area for calculating the design load on the basis of the extracted design information, determining an optimal design area based on the determined design area based on at least one international rule for hull design, Determining a design load of the design line based on the determined optimal design load based on at least one international rule for the hull design, Determining an optimum stacking number of the composite material with respect to the impregnation ratio of the composite material to be determined; It is made of a step for outputting optimum impregnation rate according to the kind of fiber-based composite materials.

바람직하게, 상기 주요제원을 입력하는 단계에서, 상기 주요제원은 상기 설계선의 길이와 폭과 높이와 흘수를 포함하는 크기 규격, 상기 설계선의 무게, 상기 설계선의 속도, 그리고 상기 설계선의 선저경사각을 포함할 수 있다.Preferably, in the step of inputting the main specification, the main specification includes a size specification including a length, a width, a height and a draft of the design line, a weight of the design line, a speed of the design line, and a bottom inclination angle of the design line can do.

바람직하게, 상기 최적의 설계하중을 결정하는 단계는, 상기 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 설계면적에 따른 적어도 하나의 설계하중을 추정하는 단계와, 상기 추정된 적어도 하나의 설계하중 중에서 최대 설계하중을 상기 최적의 설계하중으로 결정하는 단계로 이루어질 수 있다.Preferably, the step of determining the optimal design load comprises estimating at least one design load based on the determined design area based on at least one international specification for the hull design, And determining the maximum design load as the optimum design load in the design load.

바람직하게, 상기 최적의 설계하중을 결정하는 단계 또는 상기 외판 요구두께를 추정하는 단계에서, 상기 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정으로 ISO 12215와 선체설계 규정(RINA 규정) 중 적어도 하나를 적용하여 상기 최적의 설계하중을 결정하거나 상기 외판 요구두께를 추정할 수 있다.Preferably, in the step of determining the optimal design load or the step of estimating the thickness of the shell plating, at least one of ISO 12215 and hull design regulations (RINA regulations) is applied as at least one international standard for the hull design The optimum design load can be determined or the thickness required for the shell plating can be estimated.

바람직하게, 상기 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 단계는, 상기 추정된 외판 요구두께 중에서 상기 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 개수의 적층수를 상기 최적 적층수로 결정하거나 상기 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 질량의 적층수를 상기 최적 적층수로 결정할 수 있다.Preferably, the step of determining the optimum number of laminations relative to the impregnation ratio of the composite material may include determining the minimum number of laminations as the optimum number of laminations in comparison with the impregnation ratio of the composite material among the estimated outer plate required thicknesses, The number of stacks of the minimum mass can be determined by the optimal stacking number in comparison with the impregnation rate of the material.

보다 바람직하게, 상기 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 단계에서, 상기 최적 적층수에 대비되는 상기 복합소재의 함침율을 최적 함침율로 더 결정할 수 있다.More preferably, in the step of determining the optimal number of layers to be formed for the composite material, the impregnation ratio of the composite material to the optimum number of layers can be further determined by the optimum impregnation ratio.

바람직하게, 상기 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 단계에서, 상기 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는데 차분진화 알고리즘(Differential Evolution Algorithm)을 적용할 수 있다.Preferably, the step of determining the optimal number of layers to be impregnated with respect to the impregnation ratio of the composite material may employ a differential evolution algorithm to determine the optimum number of layers to be impregnated to the composite material.

바람직하게, 상기 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 단계에서, 상기 설계선의 상기 복합소재로서 탄소섬유강화복합소재를 사용하는 경우에, 상기 탄소섬유강화복합소재에 함유된 탄소섬유량의 비율을 상기 함침율로 적용할 수 있다.
Preferably, in the step of determining the optimum number of stacks of the composite material with respect to the impregnation rate, when the carbon fiber reinforced composite material is used as the composite material of the design line, the amount of carbon fiber contained in the carbon fiber- Can be applied at the impregnation rate.

본 발명에 따르면, 탄소섬유강화복합소재와 같은 복합소재를 적용한 선박의 설계 시 국제 표준에 적합한 선체구조부재의 설계가 가능함과 동시에 다양한 설계결과 중 선체의 중량 또는 경제성 등 설계 시 고려되는 목적에 대하여 최적화 할 수 있는 선체구조부재와 이를 구성하는 탄소섬유강화복합소재의 설계가 가능하게 해준다. According to the present invention, it is possible to design a hull structure member conforming to international standards when designing a ship using a composite material such as a carbon fiber reinforced composite material. In addition, It is possible to design an optimized hull structure member and carbon fiber reinforced composite material composing it.

또한, 목적함수로 정의된 조건의 결과에 따라 최적의 조합을 찾도록 해주는 최적화 알고리즘(DE 알고리즘)을 적용하여 구조부재의 요구사항과 이를 만족하기 위한 구조부재의 중량의 최적화를 목적으로 최적의 적층 조합을 제공할 수 있는 장점이 있다.Also, by applying an optimization algorithm (DE algorithm) to find the optimum combination according to the result of the condition defined by the objective function, the optimal lamination There is an advantage that the combination can be provided.

도 1은 본 발명에 따른 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 시스템의 구성을 도시한 블록다이어그램;
도 2는 본 발명에 따른 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 과정을 도시한 플로우챠트; 그리고
도 3은 본 발명에서 설계하중 결정 및 요구두께 추정에 적용되는 선체설계에 대한 국제규정에 기반한 설계 변수를 도시한 테이블이다.1 is a block diagram showing a configuration of an optimal carbon fiber amount determination system for developing a carbon fiber-reinforced composite multi-layer shell hull structural material according to the present invention;
FIG. 2 is a flowchart showing an optimal carbon fiber amount determination process for developing a carbon fiber-reinforced composite multi-layer shell hull structural material according to the present invention; And
3 is a table showing design parameters based on international regulations on hull design applied to design load determination and required thickness estimation in the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 시스템의 구성을 도시한 블록다이어그램이다.1 is a block diagram showing a configuration of an optimal carbon fiber amount determining system for developing a carbon fiber reinforced composite multi-layered shell hull structure according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 시스템은 주요제원 입력부(10), 주요제원 분석부(20), 설계하중 추정부(30), 설계기준 결정부(40), 요구두께 추정부(50), 최적 적층수 결정부(60), 그리고 결과 출력부(70)로 구성된다.1, the system of the present invention includes a main specification input unit 10, a main specification analysis unit 20, a design load estimation unit 30, a design criteria determination unit 40, a required thickness estimation unit 50, An optimum stack number determination unit 60, and a result output unit 70. [

주요제원 입력부(10)는 설계하고자 하는 선박 즉, 설계선의 주요제원을 입력하기 위한 것으로, 주요제원 입력부(10)를 통해 설계선의 길이와 폭과 높이와 흘수를 포함하는 크기 규격, 설계선의 무게(ton), 설계선의 속도(knot), 그리고 설계선의 선저경사각을 포함하는 주요제원을 입력할 수 있다. 그밖에 주요제원 입력부(10)는 선박설계에 요구되는 방형계수(block coefficient) 등을 더 입력할 수도 있다. The main specification input unit 10 is for inputting the main specifications of the ship to be designed, that is, the design line. The size specification including the length, the width, the height and the draft of the design line, the weight of the design line ton), the speed of the design line (knot), and the bottom inclination angle of the design line. In addition, the main specification input unit 10 may further input block coefficients and the like required for the ship design.

별도의 예로서, 도 3은 본 발명에서 설계하중 결정 및 요구두께 추정에 적용되는 선체설계에 대한 국제규정에 기반한 설계 변수를 도시한 테이블로서, 도 3에 도시된 설계 변수가 주요제원 입력부(10)를 통해 입력되는 제원정보로 추가될 수 있다.3 is a table showing design parameters based on international regulations for hull design applied to design load determination and required thickness estimation in the present invention, wherein the design parameters shown in Fig. 3 are stored in the main specification input section 10 As shown in FIG.

주요제원 분석부(20)는 주요제원 입력부(10)를 통해 입력된 설계선의 주요제원으로부터 설계하중을 산출하는데 필요한 제원정보를 추출한다. 또한, 주요제원 분석부(20)는 설계하중을 산출하기 위한 설계면적을 결정한다. 여기서, 결정되는 설계면적은 선저외판의 설계하중을 산출하기 위한 것일 수 있다.The main specification analysis unit 20 extracts specification information necessary for calculating the design load from the main specification of the design line input through the main specification input unit 10. Also, the main specimen analyzer 20 determines the design area for calculating the design load. Here, the determined design area may be one for calculating the design load of the bottom shell plating.

설계하중 추정부(30)는 주요제원 분석부(20)에서 결정된 설계면적에 따른 적어도 하나의 설계하중을 추정한다. 여기서, 설계하중 추정부(30)는 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 복수 개의 설계하중을 추정할 수 있다.The design load estimating unit 30 estimates at least one design load according to the design area determined by the main specification analyzing unit 20. [ Here, the design load estimating unit 30 can estimate a plurality of design loads based on at least one international rule for hull design.

설계기준 결정부(40)는 주요제원 분석부(20)에서 결정된 설계면적에 따른 적어도 하나의 설계하중 중에서 최적의 설계하중을 결정하는 것으로, 설계하중 추정부(30)와 연동하여 그 설계하중 추정부(30)에서 설계면적에 따라 추정된 복수 개의 설계하중 중에서 최적의 설계하중을 결정한다. The design criteria determination unit 40 determines the optimal design load among at least one design load according to the design area determined by the main specification analysis unit 20, The optimum design load among the plurality of design loads estimated according to the design area is determined by the controller 30.

일 예로, 설계기준 결정부(40)는 설계하중 추정부(30)에서 추정된 복수 개의 설계하중 중에서 최대 설계하중을 최적의 설계하중으로 결정할 수 있다. 즉, 복수 개의 설계하중 값 중에서 최대 값을 결정하는 것이다.For example, the design criteria determination unit 40 can determine the maximum design load among the plurality of design loads estimated by the design load estimation unit 30 as the optimum design load. That is, the maximum value among the plurality of design load values is determined.

요구두께 추정부(50)는 설계기준 결정부(40)에서 결정된 최적의 설계하중에 따른 설계선의 외판 요구두께를 추정한다. 특히, 요구두께 추정부(50)는 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 설계선의 외판 요구두께를 추정하는 것이 바람직하다.The required thickness estimating section 50 estimates the thickness required of the shell plating according to the optimum design load determined by the design criteria determining section 40. [ In particular, the required thickness estimating section 50 preferably estimates the shell plating required thickness of the design line based on at least one international standard for the hull design.

본 발명에서 설계하중의 추정 및 결정과, 요구두께 추정에 적용되는 선체설계에 대한 국제규정으로는 국제표준 ISO 12215와 선체설계 규정(RINA 규정) 중 적어도 하나일 수 있다. 한편, 본 발명에서는 설계선의 규모에 따라 ISO 12215의 부문(Part) 및/또는 RINA 규정의 부문(Part)의 적용 기준을 설정하는 것이 바람직하다. The present invention can be at least one of the international standard ISO 12215 and the hull design rules (RINA regulations) for the estimation and determination of the design loads and the hull design for the required thickness estimation. In the present invention, it is preferable to set the application standard of the part of ISO 12215 and / or the part of the RINA rule according to the size of the design ship.

예를 들어, 본 발명에 따른 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정이 소형 선박의 설계에 적용되는 경우에는, 국제표준 ISO 12215의 Part5(Small craft-Hull construction and scantlings)의 규정 및/또는 이탈리아선급협회의 RINA 규정의 Pleasure Yacht PartB의 Hull and Stability에 기반할 수 있다.For example, when the optimum carbon fiber amount determination for the development of a carbon fiber reinforced composite multi-layered shell hull structural material according to the present invention is applied to the design of a small ship, it is necessary to use a small craft-hull construction and scantlings ) And / or Hull and Stability of the Pleasure Yacht Part B of the RINA Regulations of the Italian Classification Society.

특히, 국제표준 ISO 12215의 Part5에 기반하여 선저부의 최소 설계하중에 기준한 설계하중을 추정하며, RINA 규정의 PartB에 기반하여 선저부의 정수압에 기준한 설계하중을 추정하는 것이 바람직하다. 또한, 국제표준 ISO 12215의 Part5에 기반하여 최소 질량이 되는 두께를 결정할 수 있으며, RINA 규정의 PartB에 기반하여 설계선의 설계 높이에 따른 두께를 결정할 수 있다. 일 예를 들면, RINA 규정의 PartB에서는 선저 외판의 두께가 5.5㎜보다 작지 않아야 한다.In particular, it is desirable to estimate the design load based on the minimum design load on the bottom of the ship based on Part 5 of the international standard ISO 12215 and to estimate the design load based on the hydrostatic pressure on the bottom of the ship based on Part B of the RINA regulations. In addition, based on Part 5 of ISO 12215, the thickness of the minimum mass can be determined and the thickness according to the design height of the design line can be determined based on Part B of the RINA regulations. For example, in Part B of the RINA regulation, the bottom shell plating thickness should not be less than 5.5 mm.

최적 적층수 결정부(60)는 요구두께 추정부(50)에서 추정된 외판 요구두께를 형성하기 위한 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는데, 요구두께 추정부(50)에서 추정된 복수의 외판 요구두께 중에서 선박 설계에 사용될 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 적층수를 최적 적층수로 결정할 수 있다.The optimum stack number determining unit 60 determines the optimum stack number of the composite material to be impregnated to form the outer panel required thickness estimated by the required thickness estimating unit 50, It is possible to determine the minimum number of laminations as the optimum lamination number in comparison with the impregnation rate of the composite material to be used in the ship design.

예로서, 최적 적층수 결정부(60)는 요구두께 추정부(50)에서 추정된 복수의 외판 요구두께 중에서 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 질량의 적층수를 최적 적층수로 결정할 수 있다.For example, the optimum stack number determining unit 60 can determine the number of stacks of the minimum mass in terms of the optimal stacking number in comparison with the impregnation rate of the composite material among the plurality of outside sheet required thicknesses estimated by the required thickness estimating unit 50. [

또한, 최적 적층수 결정부(60)는 결정된 최적 적층수에 대비되는 복합소재의 함침율을 최적 함침율로 더 결정한다.Further, the optimum lamination number determining section 60 further determines the impregnation ratio of the composite material in comparison with the determined optimum lamination number at the optimum impregnation rate.

상기에서 최적 적층수 결정부(60)가 최적 적층수와 최적 함침율을 결정하는데는 차분진화 알고리즘(Differential Evolution Algorithm)을 적용하여 산출한다. 즉, 최적 적층수 결정부(60)는 차분진화 알고리즘을 적용하여 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정한다. 그 최적 적층수가 결정되면서 최적 함침율이 결정될 수 있다. 차분진화 알고리즘은 복합소재의 중량을 최소화할 수 있는 최적 적층수를 탐색하는 수단이다.The optimal stacking number determination unit 60 calculates the optimal stacking number and optimal impregnation rate by applying a differential evolution algorithm (Differential Evolution Algorithm). That is, the optimal stacking number determination unit 60 determines the optimum stacking number of the composite material with respect to the impregnation ratio by applying a differential evolution algorithm. The optimum number of layers can be determined and the optimum rate of impregnation can be determined. The difference evolution algorithm is a means of searching for the optimum number of stacks that can minimize the weight of composite materials.

일 예로, 최적 적층수 결정부(60)는 설계선의 복합소재로서 탄소섬유강화복합소재를 사용하는 경우에, 최적 함침율은 탄소섬유강화복합소재에 함유된 탄소섬유량의 비율일 수 있다.For example, when the carbon fiber reinforced composite material is used as the composite material of the design line, the optimum number of lamination number determination portion 60 may be a ratio of the carbon fiber content contained in the carbon fiber reinforced composite material.

이와같이 최적 적층수 결정부(60)는 요구두께를 만족하면서 최소로 적층되어 질량이 최소인 적층수를 최적 적층수로 결정하며, 또한 최소 질량이 되는 함침율을 최적 함침율로 결정할 수도 있다. 예를 들면, 차분진화 알고리즘은 요구두께를 만족하는 조건 별로 가장 작은 적층수를 탐색하는 방식으로 최적 적층수를 결정하는데 적용될 수 있다.In this way, the optimum number of lamination number determining unit 60 can determine the optimum number of laminations as the minimum number of laminated layers having the minimum mass while satisfying the required thickness, and determine the optimum impregnation rate as the minimum mass. For example, the differential evolution algorithm can be applied to determine the optimal number of stacks by searching the smallest stack number for each condition satisfying the required thickness.

결과 출력부(70)는 최적 적층수 결정부(60)에서 결정된 최적 적층수와 복합소재의 섬유 종류에 따른 최적 함침율을 출력한다. 최적 함침율의 경우에는 섬유 종류에 따른 최적 함침율을 출력할 수 있다.
The result output unit 70 outputs an optimum impregnation rate according to the optimum stacking number determined by the optimum stacking number determination unit 60 and the fiber type of the composite material. In the case of optimum impregnation rate, optimum impregnation rate according to fiber type can be outputted.

도 2는 본 발명에 따른 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 과정을 도시한 플로우챠트이다.FIG. 2 is a flow chart illustrating an optimal carbon fiber amount determination process for developing a carbon fiber reinforced composite multi-layered shell hull structure according to the present invention.

도 2를 참조하면, 설계하고자 하는 설계선의 주요제원을 입력받는다(S10). 여기서, 입력되는 주요제원은 설계선의 길이와 폭과 높이와 흘수를 포함하는 크기 규격, 설계선의 무게, 설계선의 속도, 설계선의 선저경사각, 그리고 방형계수 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a main specification of a design line to be designed is inputted (S10). Here, the main specifications inputted may include a size specification including the length, width, height and draft of the design line, the weight of the design line, the speed of the design line, the bottom line inclination angle of the design line, and the squareness coefficient.

이어, 입력된 주요제원 중에서 설계선의 설계하중을 산출하는데 필요한 제원정보를 추출하고(S20), 그 추출된 제원정보에 기반하여 설계하중을 산출하기 위한 설계면적을 결정한다(S30). 여기서, 결정되는 설계면적은 선저외판의 설계하중을 산출하기 위한 것일 수 있다.Next, in step S30, a specification area is determined based on the extracted specification information, in step S30, to extract the specification information required to calculate the design load of the design line from the input main specifications. Here, the determined design area may be one for calculating the design load of the bottom shell plating.

이어, 선체설계에 대한 국제규정으로 국제표준 ISO 12215 규정 및/또는 이탈리아선급협회의 RINA 규정에 기반하여 상기 결정된 설계면적에 따른 적어도 하나의 설계하중을 추정하며(S40), 그 추정된 적어도 하나의 설계하중 중에서 최대 값의 설계하중을 최적의 설계하중으로 결정한다(S50).Then, at least one design load according to the determined design area is estimated (S40) based on the international standard ISO 12215 and / or the RINA regulations of the Italian Society for the Classification of Pipes (S40), and the estimated at least one The maximum design load among the design loads is determined as the optimum design load (S50).

이어, 선체설계에 대한 국제규정으로 국제표준 ISO 12215 규정 및/또는 이탈리아선급협회의 RINA 규정에 기반하여 상기 결정된 최적의 설계하중에 따른 상기 설계선의 외판 요구두께를 추정한다(S60).Next, in accordance with the international regulations for the hull design, the shell thickness requirement of the design line according to the determined optimum design load is estimated (S60) based on the international standard ISO 12215 and / or RINA regulations of the Italian classification society.

이어, 복합소재의 중량을 최소화할 수 있는 최적 적층수를 탐색하는 수단으로 차분진화 알고리즘(Differential Evolution Algorithm)을 적용하여 상기에서 추정된 외판 요구두께를 형성하기 위한 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정한다(S70). 이때, 추정된 외판 요구두께 중에서 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 개수의 적층수를 상기 최적 적층수로 결정하거나 상기 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 질량의 적층수를 상기 최적 적층수로 결정할 수 있다. 또한, 결정된 최적 적층수에 대비되는 복합소재의 함침율을 최적 함침율로 더 결정할 수 있다.Next, an optimal evacuation algorithm (Differential Evolution Algorithm) is applied as a means for searching for the optimal stacking number capable of minimizing the weight of the composite material, and the optimal stacking number (S70). At this time, the minimum number of lamination numbers is determined as the optimum lamination number in comparison with the impregnation ratio of the composite material among the estimated thicknesses of the composite sheets, or the minimum number of lamination layers is determined as the optimum lamination number in comparison with the impregnation ratio of the composite material . Further, the impregnation rate of the composite material in comparison with the determined optimum lamination number can be further determined by the optimum impregnation rate.

예로서, 설계하고자 하는 설계선의 복합소재로 탄소섬유강화복합소재가 사용되는 경우라면, 탄소섬유강화복합소재에 함유된 탄소섬유량의 비율을 상기 함침율로 적용할 수 있다.For example, if the carbon fiber reinforced composite material is used as the composite material of the design line to be designed, the ratio of the amount of carbon fiber contained in the carbon fiber reinforced composite material can be applied at the impregnation rate.

마지막으로, 상기 결정된 최적 적층수와 상기 복합소재의 섬유 종류에 따른 최적 함침율을 출력한다(S80).Finally, the optimal impregnation rate according to the determined optimum stacking number and the fiber type of the composite material is output (S80).

본 발명에서는 선박 설계를 위한 복합소재로서 탄소섬유강화복합소재를 일 예로 설명하나, 그로만 한정하지는 않는다.In the present invention, a carbon fiber reinforced composite material is described as an example of a composite material for ship design, but the present invention is not limited thereto.

이상에서 상세히 설명된 본 발명은 그 범위가 전술된 바에 한하지 않고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있는 것이 본 발명의 범위에 해당함은 물론이고, 그 균등물 또한 본 발명의 범위에 포함된다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. And are also included in the scope of the present invention.

10: 주요제원 입력부
20: 주요제원 분석부
30: 설계하중 추정부
40: 설계기준 결정부
50: 요구두께 추정부
60: 최적 적층수 결정부
70: 결과 출력부10: Main Specification Input
20: Main Specification Analysis Unit
30: design load estimation section
40: Design standard determination section
50: required thickness estimating section
60: optimal stack number determining part
70: Result output section

Claims (19)

설계하고자 하는 설계선의 주요제원을 입력하기 위한 주요제원 입력부;
상기 설계선의 주요제원으로부터 설계하중을 산출하는데 필요한 제원정보를 추출하고, 상기 설계하중을 산출하기 위한 설계면적을 결정하는 주요제원 분석부;
선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 설계면적에 따른 최적의 설계하중을 결정하는 설계기준 결정부;
선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 최적의 설계하중에 따른 상기 설계선의 외판 요구두께를 추정하는 요구두께 추정부;
상기 추정된 외판 요구두께를 형성하기 위한 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 최적 적층수 결정부; 그리고
상기 최적 적층수 결정부에서 결정된 최적 적층수와, 상기 복합소재의 섬유 종류에 따른 최적 함침율을 출력하는 결과 출력부를 포함하되,
상기 설계기준 결정부는,
상기 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 설계면적에 따른 적어도 하나의 설계하중을 추정하는 설계하중 추정부를 포함하되, 상기 설계하중 추정부에서 추정된 적어도 하나의 설계하중 중에서 최대 설계하중을 상기 최적의 설계하중으로 결정하고,
상기 최적 적층수 결정부는,
상기 추정된 외판 요구두께 중에서 상기 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 개수의 적층수를 상기 최적 적층수로 결정하거나, 상기 추정된 외판 요구두께 중에서 상기 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 질량의 적층수를 상기 최적 적층수로 결정하고, 상기 최적 적층수에 대비되는 상기 복합소재의 함침율을 최적 함침율로 더 결정하되, 상기 설계선의 상기 복합소재로서 탄소섬유강화복합소재를 사용하는 경우에는 상기 탄소섬유강화복합소재에 함유된 탄소섬유량의 비율을 상기 함침율로 적용하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 시스템.A main specification input unit for inputting a main specification of a design line to be designed;
A main specimen analyzer for extracting specimen information necessary for calculating a design load from a main specification of the design line and determining a design area for calculating the design load;
A design criteria determiner for determining an optimal design load according to the determined design area based on at least one international rule for hull design;
A required thickness estimator for estimating a shell thickness required of the shell according to the determined optimal design load based on at least one international rule for hull design;
An optimal stack number determining unit for determining an optimal stack number of the composite material to be impregnated to form the estimated shell thickness required for the composite material; And
And a result output unit for outputting an optimal stacking number determined by the optimum stacking number determination unit and an optimum impregnation ratio according to a fiber type of the composite material,
Wherein the design-
And a design load estimator for estimating at least one design load based on the determined design area based on at least one international rule for the hull design, wherein the maximum load of at least one design load estimated by the design load estimator The load is determined as the optimum design load,
The optimum number of stacked layers determination section determines,
And determining a minimum number of lamination numbers as the optimum lamination number in comparison with the impregnation ratio of the composite material among the estimated outside plate required thicknesses, And the carbon fiber reinforced composite material as the composite material of the design line is determined as the optimal lamination water number, and the infiltration rate of the composite material as compared with the optimum laminated water is determined as the optimum impregnation rate. Wherein the ratio of the amount of carbon fibers contained in the carbon fiber reinforced composite material is applied at the impregnation rate as described above. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 주요제원 입력부는,
상기 설계선의 길이와 폭과 높이와 흘수를 포함하는 크기 규격, 상기 설계선의 무게, 상기 설계선의 속도, 그리고 상기 설계선의 선저경사각을 포함하는 상기 주요제원을 입력하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the main specification input unit comprises:
Wherein the main specification includes a size specification including a length, width, height and draft of the design line, a weight of the design line, a speed of the design line, and a bottom inclination angle of the design line. Determination of Optimal Carbon Fibers for Multi - Layered Shell Hull Structures. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 설계기준 결정부 또는 상기 요구두께 추정부는,
상기 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정으로 ISO 12215와 선체설계 규정(RINA 규정) 중 적어도 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 시스템.The method according to claim 1,
The design standard determination unit or the required thickness estimating unit may include:
Wherein at least one of ISO 12215 and Hull Design Regulations (RINA) is applied as at least one international regulation for the hull design. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 최적 적층수 결정부는,
상기 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는데 차분진화 알고리즘(Differential Evolution Algorithm)을 적용하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 시스템.The method according to claim 1,
The optimum number of stacked layers determination section determines,
Wherein a differential evolution algorithm is applied to determine the optimum number of stacks of the composite material with respect to the impregnation rate. The optimum carbon fiber amount determination system for the development of a multi-layered shell hull structure material of carbon fiber reinforced composite material. 삭제delete 설계하고자 하는 설계선의 주요제원을 입력받는 단계;
상기 입력된 주요제원 중에서 상기 설계선의 설계하중을 산출하는데 필요한 제원정보를 추출하는 단계;
상기 추출된 제원정보에 기반하여 상기 설계하중을 산출하기 위한 설계면적을 결정하는 단계;
선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 설계면적에 따른 최적의 설계하중을 결정하는 단계;
선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 최적의 설계하중에 따른 상기 설계선의 외판 요구두께를 추정하는 단계;
상기 추정된 외판 요구두께를 형성하기 위한 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 단계; 그리고
상기 결정된 최적 적층수와 상기 복합소재의 섬유 종류에 따른 최적 함침율을 출력하는 단계를 포함하되,
상기 최적의 설계하중을 결정하는 단계는,
상기 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정에 기반하여 상기 결정된 설계면적에 따른 적어도 하나의 설계하중을 추정하는 단계와,
상기 추정된 적어도 하나의 설계하중 중에서 최대 설계하중을 상기 최적의 설계하중으로 결정하는 단계를 포함하고,
상기 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 단계는,
상기 추정된 외판 요구두께 중에서 상기 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 개수의 적층수를 상기 최적 적층수로 결정하거나 상기 복합소재의 함침율에 대비하여 최소 질량의 적층수를 상기 최적 적층수로 결정하고, 상기 결정된 최적 적층수에 대비되는 상기 복합소재의 함침율을 최적 함침율로 더 결정하되,
상기 설계선의 상기 복합소재로서 탄소섬유강화복합소재를 사용하는 경우에는 상기 탄소섬유강화복합소재에 함유된 탄소섬유량의 비율을 상기 함침율로 적용하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 방법.Receiving a main specification of a design line to be designed;
Extracting specification information necessary for calculating a design load of the design line from the input main specifications;
Determining a design area for calculating the design load based on the extracted specification information;
Determining an optimal design load according to the determined design area based on at least one international rule for hull design;
Estimating a shell plating required thickness of the design line according to the determined optimal design load based on at least one international rule for hull design;
Determining an optimum lamination number to the impregnation ratio of the composite material to form the estimated shell thickness; And
And outputting an optimum impregnation rate according to the determined optimum stacking number and fiber type of the composite material,
Wherein determining the optimal design load comprises:
Estimating at least one design load according to the determined design area based on at least one international rule for the hull design,
Determining the maximum design load as the optimum design load among the estimated at least one design load,
The step of determining the optimum number of stacks of the composite material,
Determining the minimum number of lamination numbers as the optimum lamination number in comparison with the impregnation ratio of the composite material among the estimated outside plate required thicknesses or determining the number of laminations of the minimum masses as the optimum lamination number And further determining an impregnation rate of the composite material as the optimum impregnation rate as compared to the determined optimum lamination number,
Wherein when the carbon fiber reinforced composite material is used as the composite material of the design line, the ratio of the amount of carbon fibers contained in the carbon fiber reinforced composite material is applied at the impregnation rate. Determination of Optimum Carbon Fiber Content for Structural Material Development. 제 12 항에 있어서,
상기 주요제원을 입력하는 단계에서,
상기 주요제원은 상기 설계선의 길이와 폭과 높이와 흘수를 포함하는 크기 규격, 상기 설계선의 무게, 상기 설계선의 속도, 그리고 상기 설계선의 선저경사각을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 방법.13. The method of claim 12,
In the step of inputting the main specification,
Wherein the main specifications include a size specification including a length, a width, a height and a draft of the design line, a weight of the design line, a speed of the design line, and a bottom inclination angle of the design line. Determination of Optimum Carbon Fibers Amount for Development of Hull Structural Material. 삭제delete 제 12 항에 있어서,
상기 최적의 설계하중을 결정하는 단계 또는 상기 외판 요구두께를 추정하는 단계에서,
상기 선체설계에 대한 적어도 하나의 국제규정으로 ISO 12215와 선체설계 규정(RINA 규정) 중 적어도 하나를 적용하여 상기 최적의 설계하중을 결정하거나 상기 외판 요구두께를 추정하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 방법.13. The method of claim 12,
In the step of determining the optimal design load or the step of estimating the thickness required for the outside sheathing,
Characterized in that at least one of the international regulations for the hull design is applied to at least one of ISO 12215 and the hull design rules (RINA regulations) to determine the optimum design load or to estimate the thickness required for the shell plating. Determination of Optimum Carbon Fiber Content for Development of Multi - Layered Shell Hull Structures. 삭제delete 삭제delete 제 12 항에 있어서,
상기 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는 단계에서,
상기 복합소재의 함침율 대비 최적 적층수를 결정하는데 차분진화 알고리즘(Differential Evolution Algorithm)을 적용하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화복합소재 다층쉘 선체 구조재 개발을 위한 최적 탄소섬유량 결정 방법.13. The method of claim 12,
In the step of determining the optimal stacking number of the composite material with respect to the impregnation ratio,
Wherein a differential evolution algorithm is applied to determine an optimal stacking number of the composite material in relation to the impregnation rate of the composite material. 삭제delete
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