KR102486718B1 - System and method for monitoring fatigue damage of vessel structure - Google Patents

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Abstract

선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템은, 피로손상도를 구하고자 하는 위치에 대한 글로벌 응력 및 로컬 응력을 계산하는 응력 계산부; 상기 글로벌 응력 및 상기 로컬 응력을 이용하여 선박 구조에 대한 응력 전달함수를 계산하는 응력 전달함수 조합부; 및 상기 응력 전달함수와 해상상태의 파스펙트럼(wave spectrum) 및 피로선도를 이용하여 상기 해상상태에 대응하는 실시간 피로손상도를 획득하는 피로손상도 획득부를 포함할 수 있다. A ship structure fatigue damage monitoring system and method are disclosed. Ship structure fatigue damage monitoring system according to an embodiment of the present invention, a stress calculator for calculating the global stress and local stress for the position to obtain the fatigue damage; a stress transfer function combination unit calculating a stress transfer function for a ship structure using the global stress and the local stress; and a fatigue damage acquisition unit for obtaining a real-time fatigue damage corresponding to the sea state by using the stress transfer function, a wave spectrum, and a fatigue diagram of the sea state.

Description

선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템 및 방법{System and method for monitoring fatigue damage of vessel structure}System and method for monitoring fatigue damage of vessel structure {System and method for monitoring fatigue damage of vessel structure}

본 발명은 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a ship structure fatigue damage monitoring system and method.

선박 구조는 전 생애(약 20년) 동안 조우할 가능성이 있는 최대의 환경 하중 하에서도 견딜 수 있도록 설계된다. 이러한 관점에서 지금까지 알려진 바에 따르면 북대서양(North Atlantic) 지역의 해상 환경이 가장 거친 것으로 알려져 있으며, 따라서 운항 지역이 제한되지 않는 보통의 선박 구조는 북대서양 해상조건을 기준으로 20년에 한 번 조우할 수 있는 확률의 해상 상태 하에서 견딜 수 있도록 설계가 이루어진다. A ship's structure is designed to withstand the maximum environmental loads it is likely to encounter during its entire life (approximately 20 years). From this point of view, according to what has been known so far, the maritime environment in the North Atlantic region is known to be the roughest, and therefore, a normal ship structure whose operating area is not limited can encounter once every 20 years based on the North Atlantic maritime conditions. The design is made so that it can withstand under probable sea conditions.

선박 구조의 피로강도 관점에서도 역시 북대서양 지역을 20년 동안 운항하여도 크랙이 발생하지 않는 조건으로 설계할 것이 요구된다. 하지만, 대부분의 선박은 북대서양 해역만을 운항하지는 않으며, 북대서양 지역을 근거로 운항하고 있는 선사들도 대부분 실시간 해상 환경을 고려하여 항로와 일정을 조금씩 수정하면서 운항하고 있다. From the point of view of the fatigue strength of the ship structure, it is also required to design it under the condition that no cracks will occur even if it is operated in the North Atlantic region for 20 years. However, most ships do not operate only in the North Atlantic Ocean, and most of the shipping companies operating in the North Atlantic region are operating while slightly modifying routes and schedules in consideration of the real-time maritime environment.

따라서, 동일 선형, 동일 설계 조건에서 건조된 선박이라 할지라도 인도 후 몇 년이 지나면 각 선박이 조우했던 해상상태에 따라서 선박 구조에 누적된 피로손상도(이하 누적 피로손상도(accumulated fatigue damage))는 차이가 날 수 있으며, 궁극적으로 선박의 잔존 구조 수명도 상이할 수 있다. Therefore, even for ships built under the same design conditions and in the same type, several years after delivery, the accumulated fatigue damage to the ship structure depends on the sea conditions encountered by each ship (hereinafter referred to as accumulated fatigue damage). may vary, and ultimately the remaining structural life of the vessel may also differ.

하지만, 특정 시점에서 선박의 누적 피로손상도는 외견상으로는 확인할 수 없다. 이를 알기 위해서는 선박이 일생 동안 조우한 모든 해상상태를 고려하여 누적 피로손상도를 계산하여야 한다. However, the cumulative fatigue damage of the ship at a specific point in time cannot be visually confirmed. In order to know this, the cumulative fatigue damage should be calculated considering all the sea conditions encountered during the life of the ship.

전술한 것과 같이 선박은 가장 극심한 해상조건을 가정하여 설계되므로, 이론적으로는 파랑 하중으로 인한 손상은 일어나지 말아야 한다. 그리고 피로 관점에서도 S-N 선도가 97.72%의 생존확률(크랙이 발생하지 않을 확률)을 가지므로, 선박이 지구 상의 어떤 해역에서 운항을 하더라도 2.28% 이하의 크랙 발생 확률을 가진다. 일반적으로 선박의 구조설계에서 피로수명의 마진을 추가로 주는 것을 고려하면, 이론적으로 선박에서 크랙은 발생할 수 없다고 말할 수 있다. 그럼에도 불구하고 아직도 여러가지 원인에 의하여 선박에 크랙이 발생하는 경우가 빈번하다. 특히 용접부는 잔류응력과 용접 비드(bead) 형상, 용접 결함 등의 복잡한 이유로 선박의 생애 동안 크랙의 발생 가능성이 여전히 존재한다. As described above, since ships are designed assuming the most extreme sea conditions, theoretically, damage due to wave loads should not occur. Also, from the point of view of fatigue, since the S-N diagram has a survival probability of 97.72% (probability of no cracks occurring), the ship has a crack occurrence probability of less than 2.28% even if the ship operates in any sea area on the earth. In general, considering that an additional margin of fatigue life is given in the structural design of a ship, it can be said that cracks cannot occur in a ship theoretically. Nevertheless, there are still frequent cases in which cracks occur in ships due to various causes. In particular, there is still a possibility of cracks occurring in the welded portion during the lifetime of the ship due to complex reasons such as residual stress, welding bead shape, and welding defects.

인도된 선박에 크랙이 발생하여 클레임이 발생한 경우, 설계자는 크랙의 원인을 파악하는데, 이 때 선박이 운항한 해상상태를 파악하는 것은 매우 중요하다. 이를 파악함으로써 설계 상의 결함인지 제작 단계에서 작업자의 실수에 따른 것인지 판단할 수 있다. 설계 상의 문제라면 유사 선박에 대하여 모두 조치를 취해야 하고, 작업자의 실수에 따른 것이라면 유사 선박의 검사를 통하여 작업 상태를 확인하는 수준으로 마무리가 될 수도 있다. When a claim is made due to a crack in the delivered ship, the designer identifies the cause of the crack. At this time, it is very important to understand the sea conditions in which the ship was operated. By understanding this, it is possible to determine whether it is a design defect or an operator's mistake in the manufacturing stage. If it is a design problem, measures must be taken for all similar ships, and if it is due to a worker's mistake, it may be finished at the level of confirming the working condition through inspection of similar ships.

설계 변경을 하고 수리를 하는 경우에도 선박이 조우한 해상상태에 대한 기록이 있다면 크랙이 발견된 수명과 조합하여 어느 정도 수준의 보강이 필요한지에 대한 유용한 정보를 얻을 수 있다. Even when design changes are made and repairs are made, if there is a record of the sea conditions encountered by the ship, it can provide useful information on what level of reinforcement is required in combination with the lifespan in which cracks have been found.

이러한 관점에서 선박의 운항 중 실시간으로 조우하는 해상상태를 모니터링하고 해상상태에 따라 구조물에 발생하는 응력을 계산하고, 이로부터 선박의 누적 피로손상도를 실시간으로 평가하는 시스템이 유용하게 활용될 수 있다. From this point of view, a system that monitors the sea conditions encountered in real time during the ship's operation, calculates the stress generated in the structure according to the sea conditions, and evaluates the cumulative fatigue damage of the ship in real time from this can be usefully utilized. .

선박의 피로손상도를 실시간으로 평가하기 위한 가장 확실한 방법은 스트레인 게이지(strain gage)를 이용하여 변형률을 직접 계측하고 이로부터 응력을 추출한 후 S-N 선도를 이용하여 피로손상도를 평가하는 것이다. 그러나 이를 적용하기 위해서는 계측을 하고자 하는 위치에 스트레인 게이지를 직접 부착하고 이를 연결하는 시스템을 꾸려야 한다. 즉, 평가를 하고자 하는 위치가 많으면 하드웨어에 대한 투자비용이 크게 증가하고, 구역에 따라서는 스트레인 게이지의 설치 자체가 불가능한 부분도 있어, 계측에 의한 피로손상도 모니터링 방법은 현실성이 없을 것으로 판단된다. 또한, 스트레인 게이지를 설치한다 하더라도 열변형, 장기간 사용에 따라 발생할 수 있는 게이지의 신뢰성 저하 등에 의해 계측된 값을 분석하는 단계에서 여전히 오차가 발생할 수 있다. The most reliable way to evaluate the fatigue damage of a ship in real time is to directly measure the strain using a strain gage, extract the stress from it, and then evaluate the fatigue damage using the S-N diagram. However, in order to apply this, a strain gauge must be directly attached to the location to be measured and a system connecting it must be established. That is, if there are many locations to be evaluated, the investment cost for hardware increases significantly, and in some areas it is impossible to install strain gauges, so it is judged that a method for monitoring fatigue damage by measurement is not realistic. In addition, even if the strain gauge is installed, an error may still occur in the step of analyzing the measured value due to thermal deformation, deterioration in the reliability of the gauge that may occur due to long-term use, and the like.

한국공개특허 제10-2012-0047655호 (2012.05.14. 공개) - 선체 위험 상황 인지 시스템Korean Patent Publication No. 10-2012-0047655 (published on May 14, 2012) - Hull Hazard Situation Recognition System

본 발명은 비용이 적게 들고 높은 정도를 확보할 수 있는 계산에 근거한 구조해석 기반 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a system and method for monitoring ship structure fatigue damage based on structural analysis based on calculation that can secure high accuracy at low cost.

본 발명은 구조물에 발생하는 응력을 글로벌 응력과 로컬 응력으로 나누어 계산함으로써 실시간으로 피로손상도 모니터링이 가능하여 실용적으로 적용할 수 있는 구조해석 기반 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a structural analysis-based ship structure fatigue damage monitoring system and method that can be practically applied by calculating the stress occurring in the structure by dividing it into global stress and local stress so that fatigue damage can be monitored in real time. .

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 구조에 대한 피로손상도를 모니터링하는 시스템으로서, 피로손상도를 구하고자 하는 위치에 대한 글로벌 응력 및 로컬 응력을 계산하는 응력 계산부; 상기 글로벌 응력 및 상기 로컬 응력을 이용하여 선박 구조에 대한 응력 전달함수를 계산하는 응력 전달함수 조합부; 및 상기 응력 전달함수와 해상상태의 파스펙트럼(wave spectrum) 및 피로선도를 이용하여 상기 해상상태에 대응하는 실시간 피로손상도를 획득하는 피로손상도 획득부를 포함하는 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템이 제공된다. According to one aspect of the present invention, as a system for monitoring the degree of fatigue damage to a ship structure, a stress calculation unit for calculating the global stress and local stress for the position to obtain the degree of fatigue damage; a stress transfer function combination unit calculating a stress transfer function for a ship structure using the global stress and the local stress; And a ship structure fatigue damage monitoring system comprising a fatigue damage acquisition unit for obtaining a real-time fatigue damage corresponding to the sea state using the stress transfer function, the wave spectrum and the fatigue diagram of the sea state. do.

상기 응력 계산부는 글로벌 모멘트 및 선체 단면의 단면 속성으로부터 상기 글로벌 응력을 계산하며, 상기 글로벌 모멘트는 수직굽힘모멘트(VBM)와 수평굽힘모멘트(HBM)를 포함할 수 있다.The stress calculation unit calculates the global stress from a global moment and cross-sectional properties of the hull section, and the global moment may include a vertical bending moment (VBM) and a horizontal bending moment (HBM).

선박이 컨테이너선인 경우, 상기 응력 계산부는 비틀림모멘트로부터 발생하는 응력을 길이방향 다수의 위치에서 가해지는 단위 비틀림모멘트로 구해진 응력영향계수와 유체역학 해석으로부터 구해진 비틀림모멘트를 곱한 값의 선형 중첩으로 구한 비틀림모멘트에 의한 응력영향계수를 상기 글로벌 응력에 추가할 수 있다.If the ship is a container ship, the stress calculator calculates the stress generated from the torsional moment by the linear superposition of the stress effect coefficient obtained from the unit torsional moment applied at multiple locations in the longitudinal direction by the torsional moment obtained from the hydrodynamic analysis. A stress influence factor due to a moment may be added to the global stress.

상기 응력 계산부는 웹 프레임 사이의 스티프너에 가해지는 외부 압력인 파랑압력과, 가속도로부터 유발되는 내부 압력인 관성력에 의해 발생하는 발라스트 혹은 화물의 압력의 합을 로컬 응력으로 계산할 수 있다.The stress calculator may calculate the sum of the external pressure applied to the stiffener between the web frames, the wave pressure, and the pressure of the ballast or cargo generated by the inertial force, which is the internal pressure caused by the acceleration, as the local stress.

횡격벽 앞뒤의 웹 프레임의 상대변위에 의해 발생하는 압력이 상기 로컬 응력에 더 포함될 수 있다.Pressure generated by relative displacement of the web frame in front and behind the transverse bulkhead may be further included in the local stress.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 비용이 적게 들고 높은 정도를 확보할 수 있는 계산에 근거한 구조해석 기반 선박 구조 피로손상도 모니터링이 가능한 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, there is an effect that can monitor fatigue damage of a ship structure based on structural analysis based on calculation that can secure a high degree at low cost.

또한, 구조물에 발생하는 응력을 글로벌 응력과 로컬 응력으로 나누어 계산함으로써 실시간으로 피로손상도 모니터링이 가능하여 실용적으로 적용할 수 있는 효과가 있다. In addition, by calculating the stress generated in the structure by dividing it into global stress and local stress, fatigue damage can be monitored in real time, so there is an effect that can be applied practically.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조해석 기반 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템의 구성블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조해석 기반 선박 구조 피로손상도 모니터링 방법의 순서도,
도 3은 응력 계산을 위한 선박의 단면도.
1 is a block diagram of a structural analysis-based ship structure fatigue damage monitoring system according to an embodiment of the present invention;
2 is a flow chart of a method for monitoring fatigue damage of a ship structure based on structural analysis according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a cross-sectional view of the vessel for stress calculation.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "...unit", "...unit", "...module", and "...group" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware or software or hardware and software. It can be implemented as a combination of

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조해석 기반 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템의 구성블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조해석 기반 선박 구조 피로손상도 모니터링 방법의 순서도이며, 도 3은 응력 계산을 위한 선박의 단면도이다. 1 is a block diagram of a structure analysis-based ship structure fatigue damage monitoring system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart of a structure analysis-based ship structure fatigue damage monitoring method according to an embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view of a ship for stress calculation.

본 발명의 일 실시예에 따른 구조해석 기반 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템 및 방법은 구조물에 발생하는 응력을 글로벌 응력과 로컬 응력으로 나누어 계산하여 실시간 해상상태를 반영한 피로손상도 계산 및 모니터링이 가능하게 한 것을 특징으로 한다. Structural analysis-based ship structure fatigue damage monitoring system and method according to an embodiment of the present invention calculates the stress generated in the structure by dividing it into global stress and local stress, enabling calculation and monitoring of fatigue damage reflecting real-time sea conditions characterized by one.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 구조해석 기반 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템(100)은 응력 계산부(110), 응력 전달함수 조합부(120), 피로손상도 획득부(130)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the structural analysis-based ship structure fatigue damage monitoring system 100 according to this embodiment includes a stress calculator 110, a stress transfer function combination unit 120, and a fatigue damage acquisition unit 130. include

응력 계산부(110)는 선박 운항 중 선체 구조에 발생하는 응력을 계산한다. 선체 구조에 발생하는 응력은 글로벌 하중에 의한 응력인 글로벌 응력(global stress)과 로컬 하중에 의한 응력인 로컬 응력(local stress)으로 구분될 수 있다. The stress calculation unit 110 calculates stress generated in the hull structure during ship operation. Stress generated in the hull structure can be divided into global stress, which is stress caused by global loads, and local stress, which is stress caused by local loads.

글로벌 응력에는 수직굽힘모멘트(VBM, Vertical Bending Moment)로부터 유발된 응력, 수평굽힘모멘트(HBM, Horizontal Bending Moment)로부터 유발된 응력이 포함된다(단계 S210). 선박이 컨테이너선인 경우, 비틀림모멘트(TM, Torsional moment)에 의한 응력이 글로벌 응력에 추가적으로 포함될 수 있다. The global stress includes stress induced from vertical bending moment (VBM) and stress induced from horizontal bending moment (HBM) (step S210). If the ship is a container ship, the stress due to the torsional moment (TM) may be additionally included in the global stress.

글로벌 응력은 글로벌 힘/모멘트(global force/moment)와 선체 단면의 단면 속성(sectional property)으로부터 구할 수 있다. 글로벌 힘/모멘트는 수직굽힘모멘트와 수평굽힘모멘트를 포함한다. Global stress can be obtained from the global force/moment and the sectional properties of the hull section. The global force/moment includes vertical bending moment and horizontal bending moment.

비틀림에 의한 응력이 작은 것으로 알려져 있는 일반적인 선박의 경우, 글로벌 응력(

Figure 112019027297078-pat00001
)은 수학식 1과 같이 수직굽힘모멘트(VBM)와 수평굽힘모멘트(HBM)의 조합으로 구할 수 있다. In the case of a general ship where torsional stress is known to be small, the global stress (
Figure 112019027297078-pat00001
) can be obtained as a combination of the vertical bending moment (VBM) and the horizontal bending moment (HBM) as shown in Equation 1.

Figure 112019027297078-pat00002
Figure 112019027297078-pat00002

여기서,

Figure 112019027297078-pat00003
는 선체 수평방향 축에 대한 단면의 단면계수(section modulus)이고,
Figure 112019027297078-pat00004
는 선체 수직방향 축에 대한 단면의 단면계수이다. here,
Figure 112019027297078-pat00003
is the section modulus of the section about the horizontal axis of the hull,
Figure 112019027297078-pat00004
is the section modulus of the section about the vertical axis of the hull.

컨테이너선과 같이 비틀림모멘트로부터 유발되는 뒤틀림(warping)에 의하여 비틀림모멘트(TM)에 의한 응력이 크게 작용하는 경우, 다음과 같이 유한요소해석법 등을 이용하여 선체의 유한개의 단면에 작용하는 하중에 대한 임의의 위치에서 응력을 계산함으로써 비틀림모멘트에 의한 응력영향계수(Stress Influence Coefficient)를 구할 수 있다.In the case of a container ship where the stress due to the torsional moment (TM) is large due to warping caused by the torsional moment, as in the case of a container ship, the finite element analysis method is used as follows to determine the load acting on the finite number of cross sections of the hull. By calculating the stress at the position of , the Stress Influence Coefficient due to the torsional moment can be obtained.

Figure 112019027297078-pat00005
Figure 112019027297078-pat00005

여기서,

Figure 112019027297078-pat00006
는 j번째 station에서 단위 TM에 의하여 발생하는 i번째 위치에서의 응력으로 유한요소해석법 등의 구조해석을 통하여 추출될 수 있다.
Figure 112019027297078-pat00007
는 j번째 스테이션에서 발생하는 비틀림모멘트이다. here,
Figure 112019027297078-pat00006
is the stress at the i-th position generated by the unit TM at the j-th station and can be extracted through structural analysis such as finite element analysis.
Figure 112019027297078-pat00007
is the torsional moment generated at the j-th station.

즉, 컨테이너선에 있어서 비틀림 모멘트로부터 발생하는 응력을 길이방향 다수의 위치에서 가해지는 단위 비틀림 모멘트로 구해진 응력영향계수와 hydro dynamic 해석으로부터 구해진 비틀림 모멘트를 곱한 값의 선형 중첩으로 구할 수 있다. That is, the stress generated from the torsional moment in the container ship can be obtained as a linear superposition of the value obtained by multiplying the stress effect coefficient obtained by the unit torsional moment applied at multiple locations in the longitudinal direction and the torsional moment obtained from the hydrodynamic analysis.

컨테이너선의 경우 다음과 같이 글로벌 응력이 계산될 수 있다. For container ships, the global stress can be calculated as follows.

Figure 112019027297078-pat00008
Figure 112019027297078-pat00008

로컬 응력에는 웹 프레임(web frame) 사이의 스티프너(stiffener)에 가해지는 외부 압력(파랑압력) 및 가속도로부터 유발되는 내부 압력에 의해 발생하는 응력이 포함된다(단계 S220). The local stress includes stress generated by external pressure (blue pressure) applied to stiffeners between web frames and internal pressure caused by acceleration (step S220).

외판에 설치된 스티프너의 경우 로컬 응력은 파랑압력과 관성력에 의해 발생하는 발라스트(ballast) 혹은 화물에 의한 압력의 합으로 구해질 수 있다. In the case of a stiffener installed on the shell, the local stress can be obtained as the sum of the wave pressure and the ballast or cargo pressure generated by the inertial force.

파랑압력은 유체역학(hydro dynamic) 해석으로부터 외판에 발생하는 압력을 직접 맵핑(mapping)하여 구할 수 있다. 가속도에 의한 발라스트 혹은 화물의 압력은 탱크 중심에서의 가속도를 유체역학 해석으로부터 다음과 같이 구할 수 있다. Wave pressure can be obtained by directly mapping the pressure generated on the shell plate from hydrodynamic analysis. The pressure of the ballast or cargo due to the acceleration can be obtained from the fluid dynamics analysis of the acceleration at the center of the tank as follows.

Figure 112019027297078-pat00009
Figure 112019027297078-pat00009

Figure 112019027297078-pat00010
,
Figure 112019027297078-pat00011
,
Figure 112019027297078-pat00012
는 각각 선체 길이방향, 횡방향, 높이방향 가속도이다.
Figure 112019027297078-pat00013
는 파 주파수(wave frequency)이고,
Figure 112019027297078-pat00014
는 선체 무게중심에서 계산 점까지의 길이방향 거리,
Figure 112019027297078-pat00015
는 선체 무게중심에서 계산점까지의 폭방향 거리,
Figure 112019027297078-pat00016
는 선체 무게중심에서 계산점까지 높이방향 거리이며,
Figure 112019027297078-pat00017
는 피치 모션,
Figure 112019027297078-pat00018
은 롤 모션,
Figure 112019027297078-pat00019
는 요 모션을 나타내고,
Figure 112019027297078-pat00020
는 중력 가속도이다.
Figure 112019027297078-pat00021
,
Figure 112019027297078-pat00022
,
Figure 112019027297078-pat00023
는 각각 서지, 스웨이, 히브 모션을 나타낸다.
Figure 112019027297078-pat00010
,
Figure 112019027297078-pat00011
,
Figure 112019027297078-pat00012
are the accelerations in the longitudinal, transverse, and height directions of the hull, respectively.
Figure 112019027297078-pat00013
is the wave frequency,
Figure 112019027297078-pat00014
is the longitudinal distance from the center of gravity of the hull to the calculation point,
Figure 112019027297078-pat00015
is the widthwise distance from the center of gravity of the hull to the calculation point,
Figure 112019027297078-pat00016
is the distance in the height direction from the center of gravity of the hull to the calculation point,
Figure 112019027297078-pat00017
is the pitch motion,
Figure 112019027297078-pat00018
silver roll motion,
Figure 112019027297078-pat00019
represents the yaw motion,
Figure 112019027297078-pat00020
is the gravitational acceleration.
Figure 112019027297078-pat00021
,
Figure 112019027297078-pat00022
,
Figure 112019027297078-pat00023
represents surge, sway, and heave motions, respectively.

수학식 4에서와 같이 구해진 가속도에 저장화물의 밀도와 수두를 곱하여 압력을 계산한다. 압력이 구해지면 이로부터 빔(beam) 이론을 적용하여 계산점(hot spot)에서의 응력을 구할 수 있다. As in Equation 4, the pressure is calculated by multiplying the density of the stored cargo and the head by the obtained acceleration. When the pressure is obtained, the stress at the hot spot can be obtained by applying the beam theory therefrom.

빔 이론이라 함은 다음과 같다. 선박의 구조는 판(plate)에 보강재(stiffener)가 결합된 보강판 구조로 되어 있으며, 판에 압력이 가해지면 보강판에는 굽힘모멘트와 전단하중이 발생하고, 굽힘모멘트로 인하여 굽힘응력이 발생한다. 이러한 거동을 계산하려면 일반적으로 2차원 요소를 사용한 유한요소해석(Finite element analysis)를 수행하게 되는데 이 경우 모델링 시간이 많이 소요되므로, 보강판을 빔(beam)구조로 이상화하여 계산을 하면 훨씬 빠른 시간에 구조물에 발생하는 응력을 계산할 수 있다. 즉 보강판를 등가한 굽힘강성을 가지는 빔(beam)으로 이상화하여 계산을 하면 빠른 시간에 계산점(hot spot)에서 응력을 구할 수 있다.The beam theory is as follows. The structure of a ship is a stiffened plate structure in which a stiffener is coupled to a plate, and when pressure is applied to the plate, a bending moment and a shear load are generated in the stiffened plate, and a bending stress is generated due to the bending moment. . In order to calculate such a behavior, finite element analysis using two-dimensional elements is generally performed. In this case, a lot of modeling time is required, so it is much faster to calculate by idealizing the reinforcing plate as a beam structure. The stresses occurring in the structure can be calculated. That is, if the reinforcing plate is idealized as a beam having equivalent bending stiffness and the calculation is performed, the stress can be obtained at a hot spot in a short time.

추가적으로 횡격벽(transverse bulkhead) 앞뒤의 웹 프레임(web frame)의 상대변위(relative deflection)에 의해 발생하는 응력(상대변위 응력)이 로컬 응력에 더 포함될 수 있다. 횡격벽 사이에는 횡늑골(transverse web)이 복수 개 존재한다. 횡격벽은 공간을 분리하는 개념을 가지며, 동시에 수직방향과 횡방향 하중을 지지하는 역할을 한다. 웹 프레임은 횡격벽 사이에서 수직/횡방향 하중을 지지하는 역할을 한다. Additionally, stress (relative deflection stress) generated by relative deflection of web frames in front and behind the transverse bulkhead may be further included in the local stress. There are a plurality of transverse webs between the transverse bulkheads. Transverse bulkheads have the concept of separating spaces, and at the same time play a role in supporting vertical and lateral loads. The web frame serves to support vertical/transverse loads between the transverse bulkheads.

응력 전달함수 조합부(120)는 응력 계산부(110)에 의해 계산된 글로벌 응력과 로컬 응력을 이용하여 응력 전달함수를 계산한다(단계 S230). The stress transfer function combination unit 120 calculates a stress transfer function using the global stress and the local stress calculated by the stress calculator 110 (step S230).

피로손상도를 구하고자 하는 위치(계산점)의 핫 스팟 응력(

Figure 112019027297078-pat00024
)은 다음과 같이 글로벌 응력과 로컬 응력의 합에 응력 집중계수를 곱함으로써 계산할 수 있다. Hot spot stress at the location (calculation point) where the fatigue damage is to be obtained (
Figure 112019027297078-pat00024
) can be calculated by multiplying the sum of the global and local stresses by the stress concentration factor as follows:

Figure 112019027297078-pat00025
Figure 112019027297078-pat00025

Figure 112019027297078-pat00026
는 응력 집중계수,
Figure 112019027297078-pat00027
는 글로벌 응력,
Figure 112019027297078-pat00028
은 로컬 응력,
Figure 112019027297078-pat00029
은 상대변위 응력이다.
Figure 112019027297078-pat00026
is the stress concentration factor,
Figure 112019027297078-pat00027
is the global stress,
Figure 112019027297078-pat00028
is the local stress,
Figure 112019027297078-pat00029
is the relative displacement stress.

응력 전달함수(Transfer function 또는 RAO(Response Amplitude Operator))를 계산함에 있어서, 선박의 배수량, 흘수, 중량 정보 등을 기반으로 유체역학 해석을 수행하는 경우 선박에 발생하는 가속도 및 수면하부에 있는 외판에 대한 파도에 의한 압력의 전달함수(RAO)를 계산할 수 있다. 선박 구조모델의 각 노드 점에 유체역학 해석으로부터 얻어진 압력과 관성력(경화중량 요소의 질량 x 가속도 + 재화중량 요소의 질량 x 가속도)를 구조 모델에 작용하여 구조해석을 수행하면 임의의 위치에서 응력의 전달함수를 얻을 수 있다. 이는 일반적인 스펙트럼(spectral) 피로해석 방법으로, 많은 대형선박 및 해양구조물의 설계단계에서 적용하고 있는 방법이다. 하지만, 이 방법에는 해석에 시간이 많이 소요되고, 특히 선박의 중량정보가 바뀌게 되면 이에 따른 유체역학 해석과 구조해석을 다시 수행해야 하기 때문에 실시간 해상상태를 고려한 피로손상도 평가에는 적합하지 못한 면이 있다. In calculating the stress transfer function (Transfer function or RAO (Response Amplitude Operator)), when hydrodynamic analysis is performed based on the ship's displacement, draft, and weight information, the acceleration occurring in the ship and the shell plate at the bottom of the water The transfer function (RAO) of the pressure due to the wave can be calculated. When the structural analysis is performed by applying the pressure and inertial force (mass x acceleration of the solid weight element + mass x acceleration of the dead weight element) obtained from the hydrodynamic analysis to each node point of the ship structural model to the structural model, the stress transfer function can be obtained. This is a general spectral fatigue analysis method, which is applied in the design stage of many large ships and offshore structures. However, this method is not suitable for fatigue damage evaluation considering real-time sea conditions because it takes a lot of time for analysis and, in particular, when the weight information of the ship changes, the hydrodynamic analysis and structural analysis must be performed again. there is.

따라서, 본 실시예에서는 구조물에 발생하는 응력을 글로벌 응력과 로컬 응력으로 나누어 계산함으로써, 실시간 피로손상도 모니터링이 가능하게 한다. Therefore, in this embodiment, real-time fatigue damage can be monitored by calculating the stress generated in the structure by dividing it into global stress and local stress.

피로손상도 획득부(130)는 응력 전달함수를 이용하여 선박 구조에 대한 피로손상도를 실시간으로 획득한다(단계 S240). 단기 해상상태의 피로손상도는 다음과 같이 구할 수 있다. The fatigue damage acquisition unit 130 acquires the fatigue damage of the ship structure in real time using the stress transfer function (step S240). Fatigue damage in short-term sea conditions can be obtained as follows.

Figure 112019027297078-pat00030
Figure 112019027297078-pat00030

여기서,

Figure 112019027297078-pat00031
는 고려하는 기간 동안 발생하는 응력 범위의 개수이고,
Figure 112019027297078-pat00032
는 응력범위(stress range)이며,
Figure 112019027297078-pat00033
는 응력범위의 확률밀도함수(probability density function of stress range)이고,
Figure 112019027297078-pat00034
는 피로선도(S-N 선도)에서
Figure 112019027297078-pat00035
응력범위에 해당하는 응력범위 회수(the number of cycle which make failure at stress range of
Figure 112019027297078-pat00036
)이다. here,
Figure 112019027297078-pat00031
is the number of stress ranges occurring during the period under consideration,
Figure 112019027297078-pat00032
is the stress range,
Figure 112019027297078-pat00033
is the probability density function of stress range,
Figure 112019027297078-pat00034
is in the fatigue diagram (SN diagram)
Figure 112019027297078-pat00035
The number of cycles which make failure at stress range of
Figure 112019027297078-pat00036
)to be.

피로선도(S-N 선도)는 다음과 같이 표현된다. The fatigue diagram (S-N diagram) is expressed as follows.

Figure 112019027297078-pat00037
Figure 112019027297078-pat00037

여기서, N은 특정 변동응력 수준

Figure 112019027297078-pat00038
조건에서 피로크랙이 발생하는 반복횟수(실험에서 구함)이고, a는 S-N 선도의 상수(N축 절편)이며, m 은 S-N 선도의 기울기이다. where N is the specific fluctuating stress level
Figure 112019027297078-pat00038
It is the number of iterations where fatigue cracks occur under the condition (obtained from the experiment), a is the constant (N-axis intercept) of the SN diagram, and m is the slope of the SN diagram.

수학식 7을 수학식 6에 대입하면, 피로손상도 D는 다음과 같이 표현된다. Substituting Equation 7 into Equation 6, the fatigue damage degree D is expressed as follows.

Figure 112019027297078-pat00039
Figure 112019027297078-pat00039

유의파고(Hs)와 최빈주기(Tp) 또는 평균주기(Tz)로 대표되는 단기해상상태(일반적으로 3시간 동안의 파랑조건)에서의 피로손상도는 파도의 높이가 레일리(Rayleigh) 분포를 따른다는 가정 하에서 다음과 같이 단기해상상태의 응력의 확률밀도 함수가 표현될 수 있다. Fatigue damage in short-term sea conditions (typically 3-hour wave conditions) represented by significant wave height (H s ) and mode period (T p ) or average period (T z ) is determined by the Rayleigh Under the assumption that it follows the distribution, the probability density function of stress in the short-term sea state can be expressed as follows.

Figure 112019027297078-pat00040
Figure 112019027297078-pat00040

여기서,

Figure 112019027297078-pat00041
는 스펙트럼 모멘트, n은 스펙트럼 모멘트의 차수,
Figure 112019027297078-pat00042
는 응력 스펙트럼,
Figure 112019027297078-pat00043
는 파 주파수(wave frequency),
Figure 112019027297078-pat00044
는 유의파고(significant wave height),
Figure 112019027297078-pat00045
는 최빈주파수(peak frequency),
Figure 112019027297078-pat00046
는 응력전달함수(Transfer function)이다. here,
Figure 112019027297078-pat00041
is the spectral moment, n is the order of the spectral moment,
Figure 112019027297078-pat00042
is the stress spectrum,
Figure 112019027297078-pat00043
is the wave frequency,
Figure 112019027297078-pat00044
is the significant wave height,
Figure 112019027297078-pat00045
is the peak frequency,
Figure 112019027297078-pat00046
is the stress transfer function.

수학식 9를 수학식 6에 대입하고, 감마함수(gamma function)를 도입하면 2개의 기울기(2 slope)를 가지는 S-N 선도를 적용한 피로손상도는 다음과 같이 계산된다. When Equation 9 is substituted into Equation 6 and a gamma function is introduced, the fatigue damage using the S-N diagram having 2 slopes is calculated as follows.

Figure 112019027297078-pat00047
Figure 112019027297078-pat00047

Figure 112019027297078-pat00048
는 파의 평균 주파수 (mean zero up crossing frequency, Hz)이고,
Figure 112019027297078-pat00049
는 구조물의 사용 수명(요구되는 피로수명, sec)이며,
Figure 112019027297078-pat00050
는 기울기가 2가지인 (2-slope) S-N 선도에서 기울기가 변하는 지점의 변동응력 값이다.
Figure 112019027297078-pat00048
is the mean zero up crossing frequency (Hz) of the wave,
Figure 112019027297078-pat00049
is the service life of the structure (required fatigue life, sec),
Figure 112019027297078-pat00050
is the fluctuating stress value at the point where the slope changes in the 2-slope SN diagram.

여기서, 감마함수는

Figure 112019027297078-pat00051
과 같이 표현되는 함수로서, 크기가 다른 응력이 불규칙적으로 작용하는 해상상태에서 피로손상도를 하나의 적분식으로 표현할 수 있게 한다. Here, the gamma function is
Figure 112019027297078-pat00051
As a function expressed as , it is possible to express the degree of fatigue damage in one integral equation in a sea state where stresses of different magnitudes act irregularly.

이처럼 응력의 전달함수와 해상상태의 파스펙트럼(wave spectrum), 그리고 S-N 선도를 이용하여 해상상태에 대응하는 피로손상도의 계산이 가능하다. In this way, it is possible to calculate the fatigue damage corresponding to the sea state by using the transfer function of stress, the wave spectrum of the sea state, and the SN diagram.

여기서, 스펙트럼은 피어슨-모스크비치(Pierson-Moskwitz(PM)) 스펙트럼과 존스왑(JONSWAP) 스펙트럼 등을 사용할 수 있으며, 다음과 같은 수학식을 가진다.Here, the spectrum may use a Pierson-Moskwitz (PM) spectrum and a JONSWAP spectrum, and has the following equation.

Figure 112019027297078-pat00052
Figure 112019027297078-pat00052

Figure 112019027297078-pat00053
Figure 112019027297078-pat00053

여기서,

Figure 112019027297078-pat00054
는 PM 스펙트럼,
Figure 112019027297078-pat00055
는 피크 형상 파라미터(peak shape parameter),
Figure 112019027297078-pat00056
는 스펙트럼 폭 파라미터(spectral width parameter),
Figure 112019027297078-pat00057
이다. here,
Figure 112019027297078-pat00054
is the PM spectrum,
Figure 112019027297078-pat00055
is the peak shape parameter,
Figure 112019027297078-pat00056
is a spectral width parameter,
Figure 112019027297078-pat00057
to be.

파스펙트럼의 종류는 선박이 조우하는 해상의 파특성에 따라 선택될 수 있다. 대양에서는 막힌 공간이 없어 파도가 생길 수 있도록 바람이 충분한 에너지를 공급할 수 있다. 연안은 육지가 있어 바람에 의한 에너지 공급에 교란이 있을 수 있다. 따라서, 대양을 지나는 경우에는 PM 스펙트럼을 사용하고 연안에서는 JONSWAP 스펙트럼을 사용할 수 있다. The type of wave spectrum may be selected according to the wave characteristics of the sea encountered by the ship. In the ocean there is no confined space, so the wind can provide enough energy for the waves to form. Coastal areas are land-based, and there may be disturbances in the energy supply by wind. Therefore, the PM spectrum can be used when crossing the ocean and the JONSWAP spectrum can be used on the coast.

또한, 이때 입력되는 유의파고 및 최빈파주파수(또는 파주기)는 선박에 설치되는 계측장비로부터 계측되는 값을 사용하거나 또는 관련 업체(예컨대, WNI, AWT 등)로부터 제공되는 해상상태 정보로부터 추출하여 사용할 수도 있다. In addition, the significant wave height and the most frequent wave frequency (or wave period) input at this time use values measured from measuring equipment installed on the ship or extracted from sea state information provided from related companies (eg, WNI, AWT, etc.) can also be used

본 실시예에서 모니터링 대상이 되는 선박의 운항 중 적재 조건이 바뀌게 되면 적용되는 유체역학 해석 결과도 바뀌어야 한다. 이는 설계 단계에서 다수의 발생 가능한 조건을 선택하고 미리 해석을 해 놓은 뒤, 운항 중 조건와 유사한 조건을 선택하여 적용할 수 있다. 이때 배수량, 흘수, 무게중심, 그리고 GM이 유사한 조건을 선택하기 위한 기준이 될 수 있다. In this embodiment, if the loading conditions of the ship to be monitored are changed during operation, the results of the applied hydrodynamic analysis should also be changed. This can be applied by selecting a number of conditions that can occur in the design stage, analyzing them in advance, and selecting conditions similar to conditions during operation. At this time, displacement, draft, center of gravity, and GM can be criteria for selecting similar conditions.

본 실시예에 따르면, 설계단계에서 유체역학 해석, 단면 속성 계산, 빔 이론을 이용한 로컬 압력에 따른 응력의 해석 및 응력에 따른 피로손상도 계산 등의 일체 시스템을 사전에 준비하고, 선박 운항 중에 적재(loading) 조건 및 해상 조건의 변화에 따라 유체역학 해석 결과의 선택과 해상상태를 실시간으로 입력받아서 실시간으로 선박의 피로손상도를 계산할 수 있다. According to this embodiment, in the design stage, an integrated system such as fluid dynamics analysis, section property calculation, stress analysis according to local pressure using beam theory, and fatigue damage calculation according to stress is prepared in advance, and the ship is loaded during operation. According to changes in loading and sea conditions, it is possible to calculate the fatigue damage of the ship in real time by selecting the hydrodynamic analysis result and receiving the sea state in real time.

이렇게 계산된 피로손상도는 디스플레이 장치를 통해 실시간으로 운전자가 확인할 수 있게 할 수 있다. 또한, 육상(지상)에 설치되는 관제소(관제시스템)에도 실시간으로 전송하여 관제소에서 선박 구조의 피로손상도를 모니터링할 수도 있다. The calculated fatigue damage can be checked by the driver in real time through a display device. In addition, it may be transmitted in real time to a control center (control system) installed on land (ground) to monitor the degree of fatigue damage of the ship structure at the control center.

또한, 피로손상도 획득부(130)는 실시간 피로손상도를 일정 주기로 반복하여 계산하고 그 결과를 누적함으로써 누적 피로손상도(accumulated fatigue damage)를 확보할 수도 있다(단계 S250). 여기서, 계산 주기는 해상상태의 통계적 특성(유의파고(Hs) 및 최빈주기(Tp))이 일정하게 유지되는 시간으로, 3~5시간 정도일 수 있다. In addition, the fatigue damage acquisition unit 130 may repeatedly calculate the real-time fatigue damage at regular intervals and accumulate the results to obtain the accumulated fatigue damage (step S250). Here, the calculation period is a time during which statistical characteristics (significant wave height (H s ) and mode period (T p )) of the sea state are kept constant, and may be about 3 to 5 hours.

전술한 선박 구조 피로손상도 모니터링 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 애플리케이션이나 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. The above-described ship structure fatigue damage monitoring method may be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as an application or program module executed by a computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Also, computer readable media may include computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.

전술한 선박 구조 피로손상도 모니터링 방법은, 단말기에 기본적으로 설치된 애플리케이션(이는 단말기에 기본적으로 탑재된 플랫폼이나 운영체제 등에 포함된 프로그램을 포함할 수 있음)에 의해 실행될 수 있고, 사용자가 애플리케이션 스토어 서버, 애플리케이션 또는 해당 서비스와 관련된 웹 서버 등의 애플리케이션 제공 서버를 통해 마스터 단말기에 직접 설치한 애플리케이션(즉, 프로그램)에 의해 실행될 수도 있다. 이러한 의미에서, 전술한 선박 구조 피로손상도 모니터링 방법은 단말기에 기본적으로 설치되거나 사용자에 의해 직접 설치된 애플리케이션(즉, 프로그램)으로 구현되고 단말기 등의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. The above-described ship structure fatigue damage monitoring method may be executed by an application basically installed in the terminal (this may include a program included in a platform or operating system basically installed in the terminal), and the user may use an application store server, It may also be executed by an application (that is, a program) directly installed in the master terminal through an application providing server such as an application or a web server related to the corresponding service. In this sense, the above-described ship structure fatigue damage monitoring method is implemented as an application (ie, a program) basically installed in a terminal or directly installed by a user, and may be recorded on a computer-readable recording medium such as a terminal.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. And it will be understood that it can be changed.

100: 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템 110: 응력 계산부
120: 응력 전달함수 조합부 130: 피로손상도 획득부
100: ship structure fatigue damage monitoring system 110: stress calculation unit
120: Stress transfer function combination unit 130: Fatigue damage acquisition unit

Claims (5)

선박 구조에 대한 피로손상도를 모니터링하는 시스템으로서,
피로손상도를 구하고자 하는 위치에 대한 글로벌 응력 및 로컬 응력을 계산하는 응력 계산부;
상기 글로벌 응력 및 상기 로컬 응력을 이용하여 선박 구조에 대한 응력 전달함수를 계산하는 응력 전달함수 조합부; 및
상기 응력 전달함수와 해상상태의 파스펙트럼(wave spectrum) 및 피로선도를 이용하여 상기 해상상태에 대응하는 실시간 피로손상도를 획득하는 피로손상도 획득부를 포함하는 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템.
As a system for monitoring the degree of fatigue damage to ship structures,
a stress calculation unit for calculating global stress and local stress for a location where fatigue damage is to be obtained;
a stress transfer function combination unit calculating a stress transfer function for a ship structure using the global stress and the local stress; and
A ship structure fatigue damage monitoring system comprising a fatigue damage acquisition unit for acquiring a real-time fatigue damage corresponding to the sea state using the stress transfer function and the wave spectrum and fatigue diagram of the sea state.
제1항에 있어서,
상기 응력 계산부는 글로벌 모멘트 및 선체 단면의 단면 속성으로부터 상기 글로벌 응력을 계산하며,
상기 글로벌 모멘트는 수직굽힘모멘트(VBM)와 수평굽힘모멘트(HBM)를 포함하는 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The stress calculation unit calculates the global stress from the global moment and the cross-sectional properties of the hull section,
The global moment is a ship structure fatigue damage monitoring system including a vertical bending moment (VBM) and a horizontal bending moment (HBM).
제2항에 있어서,
선박이 컨테이너선인 경우, 상기 응력 계산부는 길이방향 다수의 위치에서 가해지는 단위 비틀림모멘트로 구해진 응력영향계수와 유체역학 해석으로부터 구해진 비틀림모멘트를 곱한 값의 선형 중첩으로 구한 비틀림모멘트로부터 발생하는 응력을 상기 글로벌 응력에 추가하는 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템.
According to claim 2,
If the ship is a container ship, the stress calculation unit calculates the stress generated from the torsional moment obtained by linear superposition of the value obtained by multiplying the stress effect coefficient obtained by the unit torsional moment applied at multiple locations in the longitudinal direction and the torsional moment obtained from the hydrodynamic analysis. A ship structural fatigue damage monitoring system that adds to global stresses.
제1항에 있어서,
상기 응력 계산부는 웹 프레임 사이의 스티프너에 가해지는 외부 압력인 파랑압력과, 가속도로부터 유발되는 내부 압력인 관성력에 의해 발생하는 발라스트 혹은 화물의 압력의 합을 로컬 응력으로 계산하는 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The stress calculator calculates the sum of the wave pressure, which is an external pressure applied to the stiffener between the web frames, and the pressure of the ballast or cargo generated by the inertial force, which is an internal pressure caused by acceleration, as a local stress. Ship structure fatigue damage monitoring system.
제4항에 있어서,
횡격벽 앞뒤의 웹 프레임의 상대변위에 의해 발생하는 압력이 상기 로컬 응력에 더 포함되는 선박 구조 피로손상도 모니터링 시스템.
According to claim 4,
A ship structural fatigue damage monitoring system in which the pressure generated by the relative displacement of the web frame in front and behind the transverse bulkhead is further included in the local stress.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR20130135721A (en) * 2012-05-30 2013-12-11 주식회사 싸이트로닉 Method for energy saving and safety sailing of ship by monitoring hydro-dynamic

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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송재영 외 1명. 선체구조물의 피로강도 해석기법. 전산구조공학 제10권 제3호. 1997.09.

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