KR102145953B1 - Apparatus and method for ship lifting simulation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선박 인양 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ship lifting simulation apparatus and method.
선박이 사고로 침몰되면, 여러 가지 요소가 고려되어 침몰 선박의 인양 여부가 결정된다. 침몰 선박을 인양하기로 결정이 되면, 인양 설계 단계에서 제일 먼저 인양 방법이 결정된다. 이때, 다양한 인양 방법 중에서 적절한 인양 방법이 선택되어야 한다. 여기서, 적절한 인양 방법이란 안전성과 경제성이 모두 고려된 인양 방법이다. 안전성이 고려된 인양 방법이란 오퍼레이션 단계에서 선박을 인양할 때, 선박의 움직임과 인양 장력을 가능한 최소화하는 방법을 말하며, 경제성이 고려된 인양 방법이란 인양 임무를 수행하는데 필요한 비용을 가능한 최소화하는 방법을 말한다. 그래서, 선주와 정부는 이러한 적절한 인양 방법을 선정하기 위하여, 주어진 인양 방법에 대한 평가 및 검증을 요구한다.When a ship is sunk in an accident, several factors are considered to determine whether to lift the sunk ship. When a decision is made to lift the sinking ship, the lifting method is decided first in the lifting design stage. At this time, an appropriate lifting method should be selected from among various lifting methods. Here, the appropriate lifting method is a lifting method in which both safety and economy are considered. The safety-considered lifting method refers to a method of minimizing the movement and lifting tension of the ship as possible when lifting the ship in the operation stage, and the lifting method considering economical efficiency refers to a method of minimizing the cost required to perform the lifting task. Say. Therefore, the shipowner and the government require evaluation and verification of the given lifting method in order to select such an appropriate lifting method.
인양 방법의 안전성에 대한 평가 및 검증 방법으로는, 첫번째, 전문가의 경험에 의존하는 방법이 있다. 이 방법은 증명하기 어려우며, 배우기가 어려운 단점이 있다. 두번째로, 미해군 구조 교범에 나와 있는 인양 방법을 적용하는 방법이 있다. 이 방법의 경우, 적용할 수 있는 부분이 제한적이고, 인양력이 과도하게 계산되는 문제가 있다. 세번째로는, GHS, OrcaFlex와 같은 해양 시뮬레이션 프로그램을 사용하는 것이다. 이 시뮬레이션 프로그램은, 선체를 와이어 로프로 감아서 인양하는 방법(wire wrapping method)을 구현할 수 없다. 현재 사용되는 해양 시뮬레이션 프로그램들은 선박 인양 중 발생하는 외력의 변화를 모두 반영할 수 없는 문제가 있다.As a method of evaluating and verifying the safety of the lifting method, first, there is a method that relies on the experience of experts. This method has the disadvantages that it is difficult to prove and difficult to learn. Second, there is a method of applying the lifting method outlined in the US Navy Rescue Manual. In the case of this method, there is a problem that the applicable part is limited and the lifting force is excessively calculated. Third, use ocean simulation programs such as GHS and OrcaFlex. This simulation program cannot implement the wire wrapping method by winding the hull with a wire rope. Currently used marine simulation programs have a problem in that they cannot reflect all the changes in external force that occur during lifting of the ship.
즉, 종래에 와이어 로프를 선체에 감아 인양하는 시뮬레이션을 수행 시, 와이어 로프가 선체에 부착되어 있다고 단순하게 가정하였다. 이와 같은 가정으로 인하여, 와이어 로프와 선체 사이에서 발생하는 상호작용이 고려되지 않아, 시뮬레이션의 정확도가 떨어지고, 이에 따라 실제 인양 작업 전에 수행되는 안정성 평가의 신뢰도도 떨어지는 문제점이 있었다.In other words, when performing a simulation in which a wire rope is wound and lifted on a hull in the related art, it is simply assumed that the wire rope is attached to the hull. Due to this assumption, since the interaction occurring between the wire rope and the hull is not considered, the accuracy of the simulation is degraded, and accordingly, there is a problem in that the reliability of the stability evaluation performed before the actual lifting operation is deteriorated.
본 발명은 와이어 로프(wire rope)를 선체에 감아 인양하는 시뮬레이션을 수행하기 위하여, 와이어 로프가 선체에 가하는 힘, 선체와 와이어 로프 간의 상대적인 움직임 및 슬라이딩(Sliding)에 따른 마찰력을 계산하여, 선체와 와이어 로프의 접촉에 따른 노드의 생성 및 노드 위치의 업데이트를 수행하는 선박 인양 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention calculates the force exerted by the wire rope on the hull, the relative movement between the hull and the wire rope, and the frictional force according to the sliding (Sliding) in order to perform a simulation of lifting a wire rope on a hull, It is to provide a ship lifting simulation apparatus and method for generating a node according to the contact of a wire rope and updating the node position.
본 발명의 일 측면에 따르면, 와이어 로프(wire rope)를 선체에 감아 인양하는 시뮬레이션을 수행하는 선박 인양 시뮬레이션 장치가 수행하는 선박 인양 시뮬레이션 방법이 개시된다.According to an aspect of the present invention, a ship lifting simulation method performed by a ship lifting simulation apparatus performing a simulation of lifting a wire rope wrapped around a hull is disclosed.
본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 방법은, 상기 선체와 상기 와이어 로프의 접촉에 따른 상기 선체와 상기 와이어 로프의 교차점을 검출하는 단계, 상기 검출된 교차점을 이용하여 접촉 노드를 찾아 추가하는 단계, 상기 접촉 노드에서 상기 와이어 로프가 상기 선체에 가하는 노멀(normal) 방향의 힘을 계산하는 단계, 상기 노멀 방향의 힘이 음의 값을 가지는 접촉 노드를 제거하고, 상기 와이어 로프를 직선으로 연결하는 단계 및 상기 접촉에 따른 상대적인 움직임에 따라 상기 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 단계를 포함한다.A ship lifting simulation method according to an embodiment of the present invention includes the steps of detecting an intersection point between the hull and the wire rope according to the contact between the hull and the wire rope, and finding and adding a contact node using the detected intersection point. , Calculating a force in a normal direction applied by the wire rope to the hull at the contact node, removing a contact node having a negative force in the normal direction, and connecting the wire rope in a straight line. And updating the position of the contact node according to the relative movement according to the contact.
상기 교차점을 검출하는 단계는, 상기 와이어 로프를 나타내는 직선과, 상기 선체의 바운딩 박스(bounding box)가 만나는 제1 교차점을 확인하는 단계 및 상기 제1 교차점이 검출되면, 상기 선체를 나타내는 삼각 메쉬(triangle mesh)와 상기 직선이 만나는 제2 교차점을 확인하여, 상기 교차점을 검출하는 단계를 포함한다.The step of detecting the intersection may include checking a first intersection point where a straight line indicating the wire rope and a bounding box of the hull meet, and when the first intersection point is detected, a triangular mesh indicating the hull ( triangle mesh) and a second intersection point where the straight line meets, and detecting the intersection point.
상기 접촉 노드를 찾아 추가하는 단계는, 상기 검출된 교차점과 가장 가까운 상기 선체의 에지(edge) 위의 점을 찾아 상기 접촉 노드로 추가한다.In the step of finding and adding the contact node, a point on the edge of the hull closest to the detected intersection point is found and added as the contact node.
상기 노멀 방향의 힘이 양의 값을 가지는 경우, 상기 선체와 상기 와이어 로프가 부착되어 상기 와이어 로프가 상기 선체에 힘을 가하고 있는 상태이고, 상기 노멀 방향의 힘이 음의 값을 가지는 경우, 상기 선체와 상기 와이어 로프가 분리되어 상기 와이어 로프가 상기 선체에 힘을 가하고 있지 않는 상태이다.When the force in the normal direction has a positive value, when the hull and the wire rope are attached and the wire rope is applying a force to the hull, and the force in the normal direction has a negative value, the The hull and the wire rope are separated so that the wire rope is not applying force to the hull.
상기 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 단계는, 상기 상대적인 움직임에 따라 변화하는 상기 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 단계 및 상기 접촉 노드에서의 정지 마찰력(static frictional force) 및 운동 마찰력(kinematic frictional force)을 계산하는 단계를 포함한다.The updating of the location of the contact node may include updating the location of the contact node that changes according to the relative movement, and calculating a static frictional force and a kinematic frictional force at the contact node. It includes the step of.
상기 상대적인 움직임은, 상기 선체가 상기 와이어 로프를 따라 슬라이딩(Sliding)하는 제1 움직임 및 상기 와이어 로프가 상기 선체의 에지를 따라 슬라이딩하는 제2 움직임을 포함한다.The relative movement includes a first movement in which the hull slides along the wire rope and a second movement in which the wire rope slides along an edge of the hull.
상기 상대적인 움직임이 상기 제2 움직임인 경우, 상기 상대적인 움직임에 따라 변화하는 상기 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 단계는, 접촉 노드의 최종 위치를 계산하고, 상기 계산된 최종 위치가 제1 에지에 존재하지 않고, 제1 에지의 확장영역에 위치하는 경우, 상기 접촉 노드를 상기 제1 에지의 끝으로 이동시키는 단계, 상기 제1 에지와 동일한 꼭지점을 공유하는 제2 에지에서, 상기 접촉 노드를 복수의 노드로 분리시키는 단계 및 상기 분리된 복수의 노드에 대하여 마찰력을 계산하고, 상기 분리된 복수의 노드 중에서 노멀 방향의 힘이 음의 값을 가지는 노드를 제거하는 단계를 포함한다.When the relative movement is the second movement, updating the position of the contact node that changes according to the relative movement includes calculating the final position of the contact node, and the calculated final position does not exist at the first edge. And moving the contact node to the end of the first edge when it is located in the extended area of the first edge. At a second edge that shares the same vertex as the first edge, the contact node is a plurality of nodes. And calculating frictional force with respect to the separated plurality of nodes, and removing a node whose normal direction force has a negative value among the separated plurality of nodes.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 와이어 로프(wire rope)를 선체에 감아 인양하는 시뮬레이션을 수행하는 선박 인양 시뮬레이션 장치가 개시된다.According to another aspect of the present invention, a ship lifting simulation apparatus for performing a simulation of lifting a wire rope wrapped around a hull is disclosed.
본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 명령어를 저장하는 메모리 및 상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 명령어는, 상기 선체와 상기 와이어 로프의 접촉에 따른 상기 선체와 상기 와이어 로프의 교차점을 검출하는 단계, 상기 검출된 교차점을 이용하여 접촉 노드를 찾아 추가하는 단계, 상기 접촉 노드에서 상기 와이어 로프가 상기 선체에 가하는 노멀(normal) 방향의 힘을 계산하는 단계, 상기 노멀 방향의 힘이 음의 값을 가지는 접촉 노드를 제거하고, 상기 와이어 로프를 직선으로 연결하는 단계 및 상기 접촉에 따른 상대적인 움직임에 따라 상기 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 단계를 포함하는 선박 인양 시뮬레이션 방법을 수행한다.A ship lifting simulation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a memory storing a command and a processor that executes the command, wherein the command is a combination of the ship body and the wire rope according to the contact between the ship body and the wire rope. Detecting an intersection, finding and adding a contact node using the detected intersection, calculating a force in a normal direction applied by the wire rope to the hull at the contact node, and the force in the normal direction A ship lifting simulation method including removing the contact node having a negative value, connecting the wire rope in a straight line, and updating the position of the contact node according to the relative movement according to the contact is performed.
본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 장치 및 방법은, 와이어 로프(wire rope)를 선체에 감아 인양하는 시뮬레이션을 수행하기 위하여, 와이어 로프가 선체에 가하는 힘, 선체와 와이어 로프 간의 상대적인 움직임 및 슬라이딩(Sliding)에 따른 마찰력을 계산하여, 선체와 와이어 로프의 접촉에 따른 노드의 생성 및 노드 위치의 업데이트를 수행함으로써, 시뮬레이션의 정확도를 상승시키고, 이에 따라 실제 인양 작업 전에 수행되는 안정성 평가의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.Ship lifting simulation apparatus and method according to an embodiment of the present invention, in order to perform a simulation of lifting a wire rope wrapped around a hull, the force exerted by the wire rope on the hull, the relative movement and sliding between the hull and the wire rope By calculating the friction force according to (Sliding), generating a node according to the contact between the hull and the wire rope and updating the node position, the accuracy of the simulation is increased, and accordingly, the reliability of the stability evaluation performed before the actual lifting operation is improved. Can be improved.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 장치가 수행하는 선박 인양 시뮬레이션 방법을 나타낸 흐름도.
도 2 내지 도 9는, 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 장치의 구성을 개략적으로 예시한 도면.1 is a flow chart showing a ship lifting simulation method performed by a ship lifting simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 to 9 are views for explaining a ship lifting simulation method according to an embodiment of the present invention of FIG.
10 is a view schematically illustrating the configuration of a ship lifting simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Singular expressions used in the present specification include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various elements or various steps described in the specification, and some of the elements or some steps It may not be included, or it should be interpreted that it may further include additional elements or steps. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean units that process at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software. .
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 장치가 수행하는 선박 인양 시뮬레이션 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2 내지 도 9는, 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 1을 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 방법을 설명하되, 도 2 내지 도 9를 참조하기로 한다.1 is a flow chart showing a ship lifting simulation method performed by a ship lifting simulation apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 9 illustrate a ship lifting simulation method according to an embodiment of the present invention of FIG. It is a drawing for. Hereinafter, a ship lifting simulation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 9 with reference to FIG. 1.
우선, 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 방법을 설명하기에 앞서, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 방법 중에서, 선체와 와이어 로프(wire rope)의 접촉에 따른 노드의 생성 절차를 개략적으로 나타낸 것이다. 즉, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노드 생성 절차는, 선체와 와이어 로프의 접촉점을 접촉 노드로 추가하는 노드 추가 단계 및 와이어 로프가 가하는 힘이 0인 접촉 노드를 제거하는 노드 제거 단계를 포함한다.First, prior to describing the ship lifting simulation method according to the embodiment of the present invention of FIG. 1, referring to FIG. 2, FIG. 2 is a ship lifting simulation method according to an embodiment of the present invention. It schematically shows the node creation procedure according to the contact of the rope). That is, referring to FIG. 2, the node creation procedure according to an embodiment of the present invention includes a node adding step of adding a contact point between a hull and a wire rope as a contact node, and a node removing a contact node having a force applied by the wire rope of 0. Includes a removal step.
S110 단계에서, 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 선체와 와이어 로프의 접촉에 따른 선체와 와이어 로프의 교차점을 검출한다.In step S110, the ship lifting simulation apparatus detects an intersection point of the hull and the wire rope according to the contact between the hull and the wire rope.
도 3을 참조하면, 선체는 일반적으로 조선해양산업 분야에서 사용되는 삼각 메쉬(triangle mesh)로 표현될 수 있고, 와이어 로프는 직선으로 표현될 수 있다. 그리고, 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 선체와 와이어 로프가 접촉하면, 삼각형과 직선 세그먼트(segment)가 만나는 교차점을 찾는 가장 빠른 알고리즘인 뮬러 알고리즘(Mㆆller's algorithm)을 이용하여, 삼각 메쉬와 직선의 교차점을 찾을 수 있다.Referring to FIG. 3, the hull may be represented by a triangle mesh generally used in the shipbuilding and offshore industry, and the wire rope may be represented by a straight line. In addition, the ship lifting simulation device uses the Möller's algorithm, which is the fastest algorithm to find the intersection of the triangle and the straight line segment when the hull and the wire rope contact, the intersection of the triangular mesh and the straight line. Can be found.
즉, 교차점을 검출하는 단계는, 넓은 단계(broad phase) 및 좁은 단계(narrow phase)의 두 단계로 구성되어, 교차점의 검출 시간을 감소시킬 수 있다.That is, the step of detecting the crossing point is composed of two steps of a broad phase and a narrow phase, so that the detection time of the crossing point can be reduced.
넓은 단계에서, 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 와이어 로프를 나타내는 직선과, 선체의 바운딩 박스(bounding box)가 만나는 제1 교차점을 확인한다. 제1 교차점이 검출되면, 좁은 단계가 활성화된다.In a wide step, the ship lifting simulation apparatus checks a first intersection point where a straight line representing a wire rope and a bounding box of the hull meet. When the first intersection point is detected, the narrow step is activated.
좁은 단계에서, 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 와이어 로프를 나타내는 직선과, 선체의 삼각 메쉬가 만나는 제2 교차점을 확인하여 검출한다.In a narrow step, the ship lifting simulation apparatus checks and detects a second intersection point where the straight line representing the wire rope and the triangular mesh of the hull meet.
S120 단계에서, 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 검출된 선체와 와이어 로프의 교차점을 이용하여 접촉 노드를 찾아 추가한다.In step S120, the ship lifting simulation device finds and adds a contact node using the detected intersection of the hull and the wire rope.
일반적으로, 와이어 로프는 뮬러 알고리즘에 따라 교차점에 의하여 분할된다. 그러나, 실제로는 도 4에 도시된 바와 같이, 와이어 로프가 선체를 관통한다. 그래서, 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 검출된 선체와 와이어 로프의 교차점과 가장 가까운 선체 에지(edge) 위의 점을 찾아 접촉 노드로 추가한다.In general, wire ropes are divided by intersection points according to the Muller algorithm. However, in reality, as shown in Fig. 4, the wire rope penetrates the hull. Therefore, the ship lifting simulation apparatus, as shown in FIG. 4, finds a point on the edge of the hull closest to the intersection of the detected hull and wire rope and adds it as a contact node.
접촉 노드가 와이어 로프에 추가되면, 와이어 로프의 변화를 나타내는 구속 방정식은 하기 수학식으로 표현될 수 있다.When the contact node is added to the wire rope, the constraint equation representing the change of the wire rope can be expressed by the following equation.
여기서, rA 및 rB는 와이어 로프의 시작와 끝의 위치벡터이고, rC는 접촉 노드의 위치 벡터이고, ltotal은 와이어 로프의 전체 길이이다.Here, r A and r B are the position vectors of the start and end of the wire rope, r C is the position vector of the contact node, and l total is the total length of the wire rope.
S130 단계에서, 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 접촉 노드에서 와이어 로프가 선체에 가하는 노멀(normal) 방향의 힘을 계산한다.In step S130, the ship lifting simulation apparatus calculates a force in a normal direction applied by the wire rope to the hull at the contact node.
앞선 단계(S120 단계)에서, 와이어 로프는, 몇 개의 세그먼트로 분할된다. 이후, 선체가 와이어 로프로부터 분리되면, 와이어 로프의 세그먼트들은 병합된다. 와이어 로프의 병합 여부를 결정하기 위해서는, 선체에 대한 노멀 방향의 힘이 계산되어야 한다. 우선, 접촉 노드는 선체의 에지 위에 존재하므로, 에지에서 노멀 방향의 힘이 계산되어야 한다. 에지는 두 평면의 교차로 생성된 세그먼트이기 때문에, 에지를 이용하여 에지에 포함하는 두 개의 인접 평면을 찾을 수 있다. 그래서, 두 개의 인접 평면의 노멀 벡터를 합하여 에지에 접촉하는 평면 및 에지에서의 노멀 벡터가 산출될 수 있다.In the previous step (step S120), the wire rope is divided into several segments. Thereafter, when the hull is separated from the wire rope, the segments of the wire rope are merged. In order to determine whether to merge the wire rope, the force in the normal direction on the hull must be calculated. First of all, since the contact node exists on the edge of the hull, the force in the normal direction at the edge must be calculated. Since an edge is a segment created by the intersection of two planes, an edge can be used to find two adjacent planes to be included in the edge. Thus, a plane contacting the edge and a normal vector at the edge may be calculated by summing the normal vectors of two adjacent planes.
도 5를 참조하면, 선체와 와이어 로프가 부착된 경우, 접촉 노드에서의 노멀 방향의 힘은 양의 값을 가지며, 이는 와이어 로프가 선체에 힘을 가하고 있음을 의미한다. 이와 반대로, 선체와 와이어 로프가 분리된 경우, 접촉 노드에서의 노멀 방향의 힘은 음의 값을 가지며, 이는 와이어 로프가 더 이상 선체에 힘을 가하고 있지 않음을 의미한다.Referring to FIG. 5, when the hull and the wire rope are attached, the force in the normal direction at the contact node has a positive value, which means that the wire rope exerts a force on the hull. Conversely, when the hull and wire rope are separated, the force in the normal direction at the contact node has a negative value, which means that the wire rope is no longer exerting a force on the hull.
즉, 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 접촉 노드에서의 노멀 방향의 힘을 계산한 결과, 접촉 노드에서의 노멀 방향의 힘이 0 미만의 값(음수)을 가지게 되면, 부착되어 있던 선체와 와이어 로프가 분리되어 와이어 로프가 선체에 더 이상 힘을 가하지 않는 상태로 인식할 수 있다.That is, the ship lifting simulation device calculates the force in the normal direction at the contact node, and when the force in the normal direction at the contact node has a value less than 0 (negative number), the attached hull and the wire rope are separated. It can be recognized as a state where the wire rope is no longer applying force to the hull.
S140 단계에서, 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 접촉 노드에서의 노멀 방향의 힘이 음의 값을 가지게 되면, 해당 접촉 노드를 제거하고, 와이어 로프를 다시 직선으로 연결한다.In step S140, when the force in the normal direction at the contact node has a negative value, the ship lifting simulation apparatus removes the contact node and connects the wire rope again in a straight line.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 에지 위에 존재하는 접촉 노드가 제거되고, 제거된 접촉 노드의 양측의 이웃 노드가 연결되어 와이어 로프가 다시 직선으로 연결될 수 있다.For example, as shown in FIG. 6, the contact node existing on the edge is removed, neighboring nodes on both sides of the removed contact node are connected, so that the wire rope may be connected again in a straight line.
S150 단계에서, 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 선체와 와이어 로프의 접촉에 따른 상대적인 움직임에 따라 접촉 노드의 위치를 업데이트한다.In step S150, the ship lifting simulation apparatus updates the position of the contact node according to the relative movement according to the contact between the hull and the wire rope.
도 7을 참조하면, 선체와 와이어 로프 사이에 접촉이 발생하면, 선체와 와이어 로프 간에는 상대적인 움직임이 발생한다. 상대적인 움직임은, 선체가 와이어 로프를 따라 슬라이딩(Sliding)하는 움직임 및 와이어 로프가 선체의 에지를 따라 슬라이딩하는 움직임의 두 가지로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 7, when contact occurs between the hull and the wire rope, relative movement occurs between the hull and the wire rope. The relative movement can be divided into two types: a movement in which the hull slides along a wire rope and a movement in which the wire rope slides along an edge of the hull.
선박 인양 시뮬레이션 장치는, 전술한 수학식 1의 구속 방정식을 이용하여 상대적인 움직임에 따라 변화하는 접촉 노드의 위치를 업데이트할 수 있다.The ship lifting simulation apparatus may update the position of the contact node that changes according to the relative movement using the constraint equation of
한편, 선체와 와이어 로프가 접촉에 따른 상대적인 움직임으로 서로 간에 마찰력이 작용하므로, 정지 마찰력(static frictional force) 및 운동 마찰력(kinematic frictional force)이 계산되어야 한다.On the other hand, since frictional forces act on each other due to the relative movement of the hull and the wire rope in contact, static frictional force and kinematic frictional force must be calculated.
도 8을 참조하면, 선체가 와이어 로프를 따라 슬라이딩하는 경우, 마찰력은 선체의 움직임을 저지하도록 작용한다. 정지 마찰력에 대한 구속 방정식(gstatic(q))은 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.Referring to Figure 8, when the hull slides along the wire rope, the frictional force acts to prevent the movement of the hull. The constraint equation (g static (q)) for the static friction force can be expressed by the following equation.
수학식 2의 정지 마찰력에 대한 구속 방정식은 접촉 노드가 와이어 로프를 따라 슬라이딩하지 않는 상태를 의미한다.The constraint equation for the static friction force in
접촉 노드에서의 정지 마찰력(Fstatic)은 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.The static friction force (F static ) at the contact node can be expressed by the following equation.
여기서, GT static는 정지 마찰력에 대한 구속 방정식(gstatic(q))을 편미분한 것이고, λ는 라그랑지 계수이다.Here, G T static is the partial derivative of the constraint equation for static friction (g static (q)), and λ is the Lagrangian coefficient.
마찰력은 접촉 노드의 슬라이딩을 정지시키려는 방향으로 작용한다. 마찰력이, 정지마찰계수(μs)를 이용하여 하기 수학식으로부터 획득되는 최대 정지 마찰력을 초과하는 경우, 정지 마찰력은 제거되고, 운동 마찰력이 작용한다.The friction force acts in the direction to stop the sliding of the contact node. When the frictional force, to use the coefficient of static friction (μ s) exceeds the maximum static friction is obtained from the equation, the static friction is eliminated, and movement friction force acts.
운동 마찰력(Fkinematic)은 하기 수학식과 같이, 운동마찰계수(μk)와 노멀 방향의 힘을 곱하여 산출될 수 있다.The kinetic friction force (F kinematic ) may be calculated by multiplying the kinetic friction coefficient (μ k ) by the force in the normal direction, as shown in the following equation.
여기서, FN은 노멀 방향의 힘으로서, 선체의 에지에서 노멀 방향으로 작용하는 구속력이고, Et는 운동 마찰력의 방향을 가지는 유닛 벡터(unit vector)이다. 유닛 벡터는 접평면에서 선체의 상대속도의 투영의 반대방향을 가진다.Here, F N is a force in the normal direction, a constraining force acting in the normal direction at the edge of the hull, and E t is a unit vector having a direction of the kinetic friction force. The unit vector has the opposite direction of the projection of the relative velocity of the hull on the tangent plane.
도 9를 참조하면, 와이어 로프가 선체의 에지를 따라 슬라이딩하는 경우, 마찰력이 접촉 노드에 작용한다. 만약, 정지 마찰력이 작용되면, 와이어 로프의 접촉 노드는 선체에서 고정된 지점으로 산출된다. 그리고, 접촉 노드의 위치는 선체의 로컬 벡터로 표현되며, 에지에 고정된다. 그리고, 정지 마찰력은 에지 방향에서의 구속력의 투영으로 계산된다.9, when the wire rope slides along the edge of the hull, frictional force acts on the contact node. If static friction is applied, the contact node of the wire rope is calculated as a fixed point on the hull. And, the position of the contact node is expressed as a local vector of the hull and is fixed to the edge. And, the static friction force is calculated by the projection of the restraining force in the edge direction.
이후, 정지 마찰력이 최대값을 초과하면, 접촉 노드는 선체의 에지를 따라 슬라이딩하기 시작한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 와이어 로프가 큰 몸체가 아니라, 구속 조건으로 모델링되므로, 마찰력이 작용하는 접촉 노드의 움직임이 근사될 수 있다.Thereafter, when the static friction force exceeds the maximum value, the contact node starts to slide along the edge of the hull. According to an embodiment of the present invention, since the wire rope is modeled as a constraint condition rather than a large body, the movement of the contact node to which the frictional force acts can be approximated.
따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 접촉 노드는 최종 지점까지 일정 비율로 이동할 수 있다. 즉, 접촉 노드의 위치는 하기 수학식으로 산출될 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 9, the contact node can move to the final point at a certain rate. That is, the location of the contact node can be calculated by the following equation.
여기서, P'는 와이어 로프의 길이를 최소화하는 최종 위치이고, P 및 Pnext는 각각 접촉 노드의 현재 위치 및 다음 위치이고, α는 이동비율이다. 여기서, 이동비율은 운동마찰계수의 함수일 수 있다. 운동마찰계수가 0에서 1로 증가할 때, 이동비율은 1에서 0으로 선형적으로 감소한다.Here, P'is the final position to minimize the length of the wire rope, P and P next are the current and next positions of the contact node, respectively, and α is the moving ratio. Here, the moving ratio may be a function of a motion friction coefficient. When the coefficient of motion friction increases from 0 to 1, the moving ratio decreases linearly from 1 to 0.
한편, 도 9를 참조하면, 와이어 로프가 선체의 에지를 따라 슬라이딩하는 경우, 와이어 로프의 길이를 최소화하기 위하여, 접촉 노드는 다른 에지로의 이동이 필요할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 9, when the wire rope slides along the edge of the hull, in order to minimize the length of the wire rope, the contact node may need to move to another edge.
도 9에서 ① ~ ③의 과정은, 다른 에지로 슬라이딩되는 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 것을 나타낸다.In Fig. 9, the
도 9의 ① ~ ③을 참조하면, 우선, 접촉 노드의 최종 위치(P')가 계산된다. 만약, 최종 위치가 에지에 존재하지 않고, 에지의 확장영역에 위치하는 경우, 접촉 노드는 에지의 끝으로 이동한다. 다음으로, 접촉 노드는 ②에서와 같이, 동일한 꼭지점을 공유하는 다른 에지에서 복수의 중간 노드로 분리된다. 이는, 접촉 노드의 중간 상태(intermediate state)이다. 다음으로, 중간 상태에서의 복수의 중간 노드에 대한 마찰력 계산 및 노드 제거의 절차가 수행된다. 최종적으로, 노멀 방향의 힘이 음의 값을 가지는 중간 노드는 제거된다. 이에 따른 최종적인 접촉 노드 및 와이어 로프는 ③에서와 같이 나타날 수 있다.Referring to ① to ③ of FIG. 9, first, the final position P'of the contact node is calculated. If the final position does not exist in the edge and is located in the extended area of the edge, the contact node moves to the end of the edge. Next, the contact node is divided into a plurality of intermediate nodes at different edges that share the same vertex as in ②. This is the intermediate state of the contact node. Next, a procedure of calculating frictional force for a plurality of intermediate nodes and removing nodes in an intermediate state is performed. Finally, the intermediate node where the force in the normal direction has a negative value is removed. The resulting contact node and wire rope can appear as in ③.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 장치의 구성을 개략적으로 예시한 도면이다.10 is a diagram schematically illustrating the configuration of a ship lifting simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 장치는, 프로세서(10), 메모리(20), 통신부(30) 및 인터페이스부(40)를 포함한다.Referring to FIG. 10, a ship lifting simulation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
프로세서(10)는 메모리(20)에 저장된 처리 명령어를 실행시키는 CPU 또는 반도체 소자일 수 있다.The
메모리(20)는 다양한 유형의 휘발성 또는 비휘발성 기억 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(20)는 ROM, RAM 등을 포함할 수 있다.The
예를 들어, 메모리(20)는 본 발명의 실시예에 따른 선박 인양 시뮬레이션 방법을 수행하는 명령어들을 저장할 수 있다.For example, the
통신부(30)는 통신망을 통해 다른 장치들과 데이터를 송수신하기 위한 수단이다.The
인터페이스부(40)는 네트워크에 접속하기 위한 네트워크 인터페이스 및 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.The
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.Meanwhile, the constituent elements of the above-described embodiment can be easily grasped from a process point of view. That is, each component can be identified as a respective process. In addition, the process of the above-described embodiment can be easily grasped from the viewpoint of the components of the device.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, the above-described technical contents may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of the program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art who have ordinary knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes and additions It should be seen as belonging to the following claims.
10: 프로세서
20: 메모리
30: 통신부
40: 인터페이스부10: processor
20: memory
30: communication department
40: interface unit
Claims (8)
상기 선체와 상기 와이어 로프의 접촉에 따른 상기 선체와 상기 와이어 로프의 교차점을 검출하는 단계;
상기 검출된 교차점을 이용하여 접촉 노드를 찾아 추가하는 단계;
상기 접촉 노드에서 상기 와이어 로프가 상기 선체에 가하는 노멀(normal) 방향의 힘을 계산하는 단계;
상기 노멀 방향의 힘이 음의 값을 가지는 접촉 노드를 제거하고, 상기 와이어 로프를 직선으로 연결하는 단계; 및
상기 접촉에 따른 상대적인 움직임에 따라 상기 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 단계를 포함하되,
상기 교차점을 검출하는 단계는,
상기 와이어 로프를 나타내는 직선과, 상기 선체의 바운딩 박스(bounding box)가 만나는 제1 교차점을 확인하는 단계; 및
상기 제1 교차점이 검출되면, 상기 선체를 나타내는 삼각 메쉬(triangle mesh)와 상기 직선이 만나는 제2 교차점을 확인하여, 상기 교차점을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 인양 시뮬레이션 방법.
In the ship lifting simulation method performed by a ship lifting simulation apparatus that performs a simulation of lifting by winding a wire rope on a hull,
Detecting an intersection of the hull and the wire rope according to the contact between the hull and the wire rope;
Finding and adding a contact node using the detected intersection point;
Calculating a force in a normal direction applied by the wire rope to the hull at the contact node;
Removing a contact node having a negative force in the normal direction and connecting the wire rope in a straight line; And
Including the step of updating the position of the contact node according to the relative movement according to the contact,
The step of detecting the intersection point,
Checking a first intersection point where a straight line representing the wire rope and a bounding box of the hull meet; And
And when the first intersection point is detected, checking a second intersection point where the triangular mesh representing the hull and the straight line meet, and detecting the intersection point.
상기 접촉 노드를 찾아 추가하는 단계는,
상기 검출된 교차점과 가장 가까운 상기 선체의 에지(edge) 위의 점을 찾아 상기 접촉 노드로 추가하는 것을 특징으로 하는 선박 인양 시뮬레이션 방법.
The method of claim 1,
The step of finding and adding the contact node,
A ship lifting simulation method, characterized in that the point on the edge of the hull closest to the detected intersection point is found and added as the contact node.
상기 노멀 방향의 힘이 양의 값을 가지는 경우, 상기 선체와 상기 와이어 로프가 부착되어 상기 와이어 로프가 상기 선체에 힘을 가하고 있는 상태이고,
상기 노멀 방향의 힘이 음의 값을 가지는 경우, 상기 선체와 상기 와이어 로프가 분리되어 상기 와이어 로프가 상기 선체에 힘을 가하고 있지 않는 상태인 것을 특징으로 하는 선박 인양 시뮬레이션 방법.
The method of claim 1,
When the force in the normal direction has a positive value, the hull and the wire rope are attached so that the wire rope is applying a force to the hull,
When the force in the normal direction has a negative value, the hull and the wire rope are separated so that the wire rope is in a state in which no force is applied to the hull.
상기 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 단계는,
상기 상대적인 움직임에 따라 변화하는 상기 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 단계; 및
상기 접촉 노드에서의 정지 마찰력(static frictional force) 및 운동 마찰력(kinematic frictional force)을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 인양 시뮬레이션 방법.
The method of claim 1,
The step of updating the location of the contact node,
Updating the position of the contact node that changes according to the relative movement; And
And calculating a static frictional force and a kinematic frictional force at the contact node.
상기 상대적인 움직임은,
상기 선체가 상기 와이어 로프를 따라 슬라이딩(Sliding)하는 제1 움직임; 및
상기 와이어 로프가 상기 선체의 에지를 따라 슬라이딩하는 제2 움직임을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 인양 시뮬레이션 방법.
The method of claim 5,
The relative movement,
A first movement of the hull sliding along the wire rope; And
The ship lifting simulation method, characterized in that the wire rope comprises a second motion sliding along the edge of the hull.
상기 상대적인 움직임이 상기 제2 움직임인 경우,
상기 상대적인 움직임에 따라 변화하는 상기 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 단계는,
접촉 노드의 최종 위치를 계산하고, 상기 계산된 최종 위치가 제1 에지에 존재하지 않고, 제1 에지의 확장영역에 위치하는 경우, 상기 접촉 노드를 상기 제1 에지의 끝으로 이동시키는 단계;
상기 제1 에지와 동일한 꼭지점을 공유하는 제2 에지에서, 상기 접촉 노드를 복수의 노드로 분리시키는 단계; 및
상기 분리된 복수의 노드에 대하여 마찰력을 계산하고, 상기 분리된 복수의 노드 중에서 노멀 방향의 힘이 음의 값을 가지는 노드를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 인양 시뮬레이션 방법.
The method of claim 6,
When the relative movement is the second movement,
Updating the position of the contact node that changes according to the relative motion,
Calculating a final position of the contact node, and when the calculated final position does not exist in the first edge and is located in the extended area of the first edge, moving the contact node to the end of the first edge;
Separating the contact node into a plurality of nodes at a second edge that shares the same vertex as the first edge; And
And calculating frictional force with respect to the separated plurality of nodes, and removing a node whose normal direction force has a negative value among the separated plurality of nodes.
명령어를 저장하는 메모리; 및
상기 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되,
상기 명령어는,
상기 선체와 상기 와이어 로프의 접촉에 따른 상기 선체와 상기 와이어 로프의 교차점을 검출하는 단계;
상기 검출된 교차점을 이용하여 접촉 노드를 찾아 추가하는 단계;
상기 접촉 노드에서 상기 와이어 로프가 상기 선체에 가하는 노멀(normal) 방향의 힘을 계산하는 단계;
상기 노멀 방향의 힘이 음의 값을 가지는 접촉 노드를 제거하고, 상기 와이어 로프를 직선으로 연결하는 단계; 및
상기 접촉에 따른 상대적인 움직임에 따라 상기 접촉 노드의 위치를 업데이트하는 단계를 포함하는 선박 인양 시뮬레이션 방법을 수행하되,
상기 교차점을 검출하는 단계는,
상기 와이어 로프를 나타내는 직선과, 상기 선체의 바운딩 박스(bounding box)가 만나는 제1 교차점을 확인하는 단계; 및
상기 제1 교차점이 검출되면, 상기 선체를 나타내는 삼각 메쉬(triangle mesh)와 상기 직선이 만나는 제2 교차점을 확인하여, 상기 교차점을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 인양 시뮬레이션 장치.
In the ship lifting simulation apparatus for performing a simulation of lifting by winding a wire rope around the hull,
A memory for storing instructions; And
Including a processor that executes the instruction,
The above command is:
Detecting an intersection of the hull and the wire rope according to the contact between the hull and the wire rope;
Finding and adding a contact node using the detected intersection point;
Calculating a force in a normal direction applied by the wire rope to the hull at the contact node;
Removing a contact node having a negative force in the normal direction and connecting the wire rope in a straight line; And
Performing a ship lifting simulation method comprising the step of updating the position of the contact node according to the relative motion according to the contact,
The step of detecting the intersection point,
Checking a first intersection point where a straight line representing the wire rope and a bounding box of the hull meet; And
And detecting the intersection point by checking a second intersection point where the triangle mesh representing the hull and the straight line meet when the first intersection point is detected.
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|---|---|---|---|
| KR1020200036738A KR102145953B1 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Apparatus and method for ship lifting simulation |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101561161B1 (en) | 2008-12-23 | 2015-10-16 | 대우조선해양 주식회사 | A Simulation System and Method for Production Method of Shipbuilding and Marine Based on Dynamics |
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "다물체계 동역학을 기반으로 한 와이어로프와 조선용 블록 외판 사이의 간섭 시뮬레이션", 한국CDE학회 학술발표회 논문집(pp. 538-543), 2011.* * |
| "와이어 래핑 방법을 이용한 침몰 선박의 인양 시뮬레이션", 해양환경안전학회 공동국제학술발표회(p. 147), 2018.* * |
| "최적 러그 배치를 위한 골리앗 크레인의 와이어 로프와 선체 블록간의 동적 접촉력 계산", 한국전산구조공학회 논문집 제25권 제5호(pp. 375-380), 2012. * |
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