KR20130084766A

KR20130084766A - 변형예측시스템 및 변형예측방법

Info

Publication number: KR20130084766A
Application number: KR1020120005585A
Authority: KR
Inventors: 이명수; 김명성; 라제쉬; 하윤석
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2013-07-26
Also published as: KR101291058B1

Abstract

변형예측시스템 및 변형예측방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템은 연속체인 구조물을 요소들로 가상 분할한 것을 나타내는 구조모델 데이터와, 상기 구조물을 구성하는 복수의 블록들이 용접될 용접선의 위치를 나타내는 용접선 위치 데이터를 저장하는 정보 저장부; 상기 용접선 위치 데이터를 이용하여 상기 블록의 크기를 결정하고, 상기 용접선 위치 데이터에 따라 상기 구조물을 상기 블록들로 가상적으로 나누기 위한 절단면을 생성하는 절단면 생성부; 상기 요소들 중 상기 절단면에 의하여 절단된 요소를 복수의 하위 요소들로 변환하고, 상기 절단면과 상기 절단된 요소의 경계가 상기 하위 요소들 사이의 제1 방향 경계가 되도록 하고, 상기 제1 방향 경계가 아닌, 상기 하위 요소들 사이의 경계가 제2 방향 경계가 되도록 하며, 상기 하위 요소들 사이의 상기 제1 방향 경계와 상기 제2 방향 경계에 따라 제1 방향 단위 요소와 제2 방향 단위 요소를 생성하는 요소 생성부; 상기 제1 방향 단위 요소와 상기 제2 방향 단위 요소의 절점에 열하중을 입력하여 상기 블록의 변형량을 계산하는 계산부; 및 상기 블록의 변형량을 기준값과 비교하여 상기 블록의 최종 크기를 결정하는 판단부를 포함한다.

Description

변형예측시스템 및 변형예측방법{STRAIN PREDICTION SYSTEM AND METHOD FOR PREDICTING STRAIN}

본 발명은 변형예측시스템 및 변형예측방법에 관한 것이다.

조선 생산에 있어 전체 선체를 소정의 크기와 중량을 지닌 블록으로 나누는 작업을 블록 분할 작업(Block Division)이라고 한다.

일반적인 블록 분할은 다음의 순서를 거쳐 결정된다.

선박수주 후 기본설계 부서에서 선박의 최초 사양 등이 결정되고 선체설계에서 키 플랜(Key Plan) 도면이 만들어진다. 키 플랜 도면을 근거로 하여 최초 블록 분할 도면이 작성된다. 최초 블록 분할 도면을 만드는 과정을 통상 블록 분할 작업이라고 명명한다.　　

　　대부분의 블록 분할은 블록의 형상, 블록 조립 정반의 길이와 폭, 블록의 중량적 조건과 이들의 영향을 고려하여 결정된다. 형상이라 함은 블록의 위치 및 특성에 따른 구별법으로 중앙부 블록, 엔진블록, 선/수미 블록으로 나눌 수 있다. 블록 조립 정반의 길이와 폭의 경우, 조립/생산이 이루어지는 작업공간의 크기를 말하는 것으로 현실상 작업장 이상의 크기를 가지도록 블록은 만들어 질 수 없다. 중량적 조건이라 함은 블록 완성후 이동 시에 이동을 시키는 기구인 크레인 등의 용량을 말한다. 크레인의 경우 블록 이동시 적정 하중에서만 작업하도록 되어있다. 이런 조건과 영향을 바탕으로 블록 분할이 결정된다.

이와 같은 일반적인 방법으로 블록 분할이 결정되면 기존의 조건, 즉 블록의 형상, 블록 조립 정반의 길이와 폭, 블록의 중량적 조건은 만족할지 모르나 실제 작업을 하는 현장에서는 다양한 문제들이 발생하고 있다.

예를 들어, 블록의 용접 및 조립 시에 블록의 변형이 발생할 수 있다. 블록의 크기 및 형상, 용량만으로 블록 분할이 결정될 경우 용접시 발생하는 블록 변형에 대하여 고려하지 못하는 현상이 종종 나타나고 있다.

특히 현재 선박의 대형화 추세에서 만들어지는 메가 블록(Mega Block) 이상의 대형 블록의 경우 국부적인 변형보다는 블록 자체의 틀어짐이 문제가 되고 있다.

블록의 틀어짐과 같은 변형을 사전에 제어하지 못하면 추가적인 작업이 필요하며 블록의 틀어짐을 줄이거나 없애기 위한 수정작업이 이루어져야 한다.

이와 같은 블록의 변형을 사전에 방지하기 위하여 생산 작업자 및 블록 분할 담당자의 경험에 많이 의존하고 있는 실정이다. 이에 따라 기존에 건조한 경험이 없는 선박이라던가 선주의 요구에 의해 일부 선체가 변경되는 경우 작업자나 블록 분할 담당자의 경험에 의존한 방법은 다양한 상황에 효율적이고 정확하게 대응할 수 없다.

본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템 및 변형예측방법은 용접에 따른 블록의 변형량을 미리 계산하여 블록의 변형을 미리 예측하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 용접선 위치 데이터를 이용하여 구조물을 가상으로 절단하여 가상 블록을 형성하는 가상 절단면을 생성하는 절단면 생성부; 상기 구조물을 요소들(elements)로 가상 분할한 구조모델 데이터를 이용하여, 상기 가상 절단면에 의하여 절단된 요소를 복수의 하위 요소들로 변환하고, 상기 절단면 및 상기 하위 요소들간의 관계에서 복수의 방향 단위 요소를 생성하는 요소 생성부; 상기 복수의 방향 단위 요소와 열하중을 이용하여 상기 가상 블록들의 변형량을 계산하는 계산부; 상기 가상 블록들의 변형량이 지정된 기준값이하인 경우 상기 가상 블록을 상기 구조물을 구성하는 블록으로 결정하는 판단부를 포함하는 변형예측 시스템이 제공된다.

상기 요소 생성부는 상기 하위 요소에서, 상기 절단면의 방향인 제1 방향 경계로, 상기 제1 방향 경계에 수직하는 제2 방향 경계로 정의하고, 상기 제1 방향 경계 및 상기 제2 방향 경계에 대응하는 제1 방향 단위 요소 및 제2 방향 단위 요소를 생성하고, 상기 계산부는 상기 제1 방향 단위 요소 및 상기 제2 방향 단위 요소 중 하나 이상의 절점에 열하중을 입력하여 상기 가승 블록들의 변형량을 계산할 수 있다.

상기 가상 블록들의 변형량이 지정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 판단부는 상기 가상블록의 크기의 조절을 요청하는 요청신호를 출력하고, 상기 절단면 생성부는 상기 요청신호에 대응하여, 상기 가상 블록의 크기를 조절하고, 조절된 가상 블록의 크기에 따라 상기 용접선 위치 데이터 및 상기 가상 절단면을 갱신할 수 있다.

상기 판단부는 상기 블록의 변형량이 기준값보다 작거나 같으면 상기 블록의 현재 크기를 최종 블록의 크기로 결정하고, 상기 블록의 변형량이 기준값보다 크면 상기 블록의 현재 크기를 조절하도록 요청하는 크기조절신호를 출력할 수 있다.

상기 절단면 생성부는 상기 크기조절신호에 따라 상기 블록의 크기를 조절한 후 상기 조절된 블록의 크기에 따라 새로운 절단면을 생성할 수 있다.

상기 구조물의 상기 구조모델 데이터와 상기 용접선 위치 데이터를 수신하는 정보 수신부를 더 포함할 수 있다.

상기 구조모델 데이터는 CAD 정보와 요소 정보를 포함하며, 상기 구조모델 데이터의 요소는 2차원 메쉬일 수 있다.

상기 용접선 위치 데이터는 상기 구조물의 블록을 측면, 정면 및 상면에서 보았을 때의 상기 용접선의 위치 정보를 포함할 수 있다.

상기 절단면 생성부는 상기 구조물의 블록을 상면, 정면 및 측면 각각에서 보았을 때, 상면 방향 용접선, 정면 방향 용접선 및 측면 방향 용접선으로 이루어진 상기 절단면을 생성할 수 있다.

상기 제1 방향 경계와 제2 방향 경계는 서로 수직일 수 있다.

상기 요소 생성부는 상기 구조물을 가상 분할하는 상기 요소를 상기 요소의 차원보다 낮은 차원을 지닌 상기 제1 방향 단위 요소 및 제2 방향 단위 요소들로 상기 용접선의 위치에 따라 생성할 수 있다.

상기 제1 방향 단위 요소 및 제2 방향 단위 요소는 1차원 트러스일 수 있다.

상기 요소 생성부는 상기 절단면에 의하여 절단된 하나의 요소를 2 개 이상의 하위 요소들로 변환할 수 있다.

상기 절단면 생성부는 상기 블록의 크기를 조절하기 위하여 상기 용접선의 위치를 변경하고, 상기 변경된 용접선의 위치에 따라 새로운 절단면을 생성할 수 있다.

상기 블록의 변형량이 기준값보다 크면 상기 절단면 생성부는 상기 블록의 크기를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 구조물을 구성하는 복수의 블록들이 용접될 용접선의 위치를 나타내는 용접선 위치 데이터를 이용하여 블록의 크기를 결정하고, 상기 용접선 위치 데이터에 따라 구조물을 상기 블록들로 가상적으로 나누기 위한 절단면을 생성하는 단계; 상기 구조물을 가상 분할한 요소들 중 상기 절단면에 의하여 절단된 요소를 복수의 하위 요소들로 변환하고, 상기 절단면과 상기 절단된 요소의 경계가 하위 요소들 사이의 제1 방향 경계가 되도록 하고, 상기 제1 방향 경계가 아닌, 상기 하위 요소들 사이의 경계가 제2 방향 경계가 되도록 하며, 상기 하위 요소들 사이의 상기 제1 방향 경계와 상기 제2 방향 경계에 따라 제1 방향 단위 요소와 제2 방향 단위 요소를 생성하는 단계; 상기 제1 방향 단위 요소와 상기 제2 방향 단위 요소의 절점에 열하중을 입력하여 상기 블록의 변형량을 계산하는 단계; 및 상기 블록의 변형량을 기준값과 비교하여 상기 블록의 최종 크기를 결정하는 단계를 포함하는 변형예측방법이 제공된다.

상기 블록의 최종 크기를 결정하는 단계는, 상기 블록의 변형량이 기준값보다 작거나 같으면 상기 블록의 현재 크기를 최종 블록의 크기로 결정하고, 상기 블록의 변형량이 기준값보다 크면 상기 블록의 현재 크기를 조절하도록 요청하는 크기조절신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 변형예측방법이 제공된다.

상기 크기조절신호에 따라 상기 블록의 크기를 조절한 후 상기 조절된 블록의 크기에 따라 새로운 절단면을 생성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템 및 변형예측방법은 용접선의 위치에 따라 절단면을 생성하고 절단면에 의하여 절단된 요소를 이용하여 블록의 변형량을 계산함으로써 블록의 실제 용접 이전에 블록의 변형을 예측할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 구조모델 데이터와 용접선 위치 데이터를 시각적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 절단면 생성부 의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 요소 생성부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 계산부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 판단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 변형예측방법의 순서도이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 블록도를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템은 정보 수신부(100), 정보 저장부(110), 절단면 생성부(120), 요소 생성부(130), 계산부(140), 및 판단부(150)를 포함한다.

정보 수신부(100)는 외부로부터 선박이나 해상구조물 등과 같은 구조물의 구조모델 데이터와 구조물의 용접선 위치 데이터를 수신한다. 구조모델 데이터는 연속체인 구조물을 요소들(elements)로 가상 분할한 것을 나타내는 데이터일 수 있다. 이 때 본 발명의 실시예에서 구조모델 데이터는 CAD(Computer Aided Design) 정보와 요소 정보를 포함하며, 구조모델 데이터의 요소는 2차원 메쉬(mesh)일 수 있다. 용접선 위치 데이터는 구조물을 구성하는 블록들(blocks)이 용접될 용접선의 위치를 나타내는 데이터일 수 있다.

정보 수신부(100)는 유선 또는 무선 네트워크나, 별도의 컴퓨터로부터 구조모델 데이터와 용접선 위치 데이터를 수신할 수 있다. 정보 수신부(100)는 유선 또는 무선 랜카드(LAN card)를 포함하거나 이동통신망에 접속가능한 통신모듈을 포함할 수 있다. 정보 수신부(100)가 별도의 컴퓨터와 통신할 경우 정보 수신부(100)는 USB(Universal Serial Bus) 인터페이스나 블루투스(bluetooth) 인터페이스 등과 같은 다양한 인터페이스를 포함할 수 있다. 정보 수신부(100)는 이상에서 설명된 다양한 통신수단 이외에 다양한 통신수단을 포함할 수 있다.

정보 저장부(110)는 구조물의 구조모델 데이터와 용접선 위치 데이터를 저장한다. 정보 저장부(110)는 미리 구조물의 구조모델 데이터와 용접선 위치 데이터를 저장하거나 정보 수신부(100)를 통하여 수신된 구조모델 데이터와 용접선 위치 데이터를 저장할 수 있다.

절단면 생성부(120)는 용접선 위치 데이터를 이용하여 구조모델 데이터의 구조물을 구성하는 블록의 크기를 결정하고, 용접선 위치 데이터에 따라 구조물을 블록으로 가상적으로 나누기 위한 절단면을 생성한다.

요소 생성부(130)는 구조모델 데이터의 요소들 중 절단면에 의하여 절단된 요소를 하위 요소들로 변환하고, 절단면과 절단된 요소의 경계가 하위 요소들 사이의 제1 방향 경계가 되도록 하며, 하위 요소들 사이의 제1 방향 경계와 제2 방향 경계에 따라 제1 방향 단위 요소와 제2 방향 단위 요소를 생성한다.

계산부(140)는 제1 방향 단위 요소와 제2 방향 단위 요소에 열하중을 입력하여 블록의 변형량을 계산한다. 열하중은 용접에 따른 수축량이나 뒤틀림량을 계산하기 위한 것이다. 열하중 입력에 대해서는 이후에 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

판단부(150)는 블록의 변형량을 기준값과 비교하여 블록의 최종 크기를 결정한다. 블록의 변형량이 기준값보다 작으면 판단부(150)는 블록의 현재 크기를 최종 블록의 크기로 결정한다. 또한 블록의 변형량이 기준값보다 크면 판단부(150)는 블록의 현재 크기를 조절하도록 요청하는 크기조절신호를 출력한다. 절단면 생성부(120)는 크기조절신호에 따라 블록의 크기를 조절한 후 조절된 블록의 크기에 따라 새로운 절단면을 생성한다.

이와 같은 요소 생성부(130), 계산부(140) 및 판단부(150)의 동작에 대해서는 이후에 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 동작을 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3은 각각 구조모델 데이터와 용접선 위치 데이터를 시각적으로 나타낸 도면이다.

앞서 설명된 바와 같이 정보 저장부(110)는 구조모델 데이터와 용접선 위치 데이터를 저장한다. 도 2의 도면 번호 200은 구조모델 데이터에 따라 시각적으로 표시된 구조물을 나타낸다. 구조모델 데이터는 선박과 같은 구조물(200)을 유한 개의 요소들로 가상 분할한 것을 나타내는 데이터일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 요소는 2차원의 메쉬일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

도 3은 용접선 위치 데이터를 시각적으로 나타낸 도면으로서 선박과 같은 구조물(200)은 복수 개의 블록들(310)의 용접에 의하여 제작될 수 있고, 인접한 블록들(310)은 용접선(320)을 따라 용접된다. 용접선 위치 데이터는 이러한 용접선(320)의 위치에 대한 정보를 포함한다. 도 3에서는 구조물(200)의 블록을 측면에서 보았을 때 용접선(320)의 위치를 나타낸다. 본 발명의 실시예에서의 용접선 위치 데이터는 구조물(200)의 블록을 측면뿐만 아니라 정면 및 상면에서 보았을 때의 용접선(320)의 위치 정보를 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 절단면 생성부(120) 의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 절단면 생성부(120)는 용접선 위치 데이터로부터 용접선(320)의 위치를 파악하고, 파악된 위치의 용접선(예를 들어, 320a, 320b)으로 이루어진 절단면(400)을 생성한다. 이 때 절단면 생성부(120)는 구조물(200)의 블록을 상면, 정면 및 측면 각각에서 보았을 때의 용접선의 위치를 파악하고, 상면 방향 용접선, 정면 방향 용접선 및 측면 방향 용접선으로 이루어진 입체적인 절단면(400)을 생성할 수 있다.

도 3의 도면번호 320a 및 320b는 구조물(200)의 블록을 측면에서 보았을 때의 측면 방향 용접선들 중 일부이며, 도 4의 절단면(400)은 측면 방향 용접선들의 일부(320a, 320b)를 포함한다.

도 5 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 요소 생성부(130)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 요소 생성부(130)는 메쉬로 분할된 구조모델을 절단면(400)으로 절단한다. 즉, 요소 생성부(130)는 구조물(200)을 가상적으로 분할하는 요소들 중 일부 요소(510)를 절단면(400)으로 절단한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 요소 생성부(130)는 절단면(400)에 의하여 절단된 일부 요소(510)를 절단면 일부를 포함하는 복수개의 하위 요소들(610)로 변환한다. 절단면(400)에 의하여 절단된 일부 요소(510)가 하위 요소들(610)로 변환됨에 따라 도 7에 도시된 바와 같이, 하위 요소들(610) 사이에는 제1 방향 경계(710)와 제2 방향 경계(720)가 정의될 수 있다.

요소 생성부(130)는 절단면(400)과 요소(510)의 경계가 하위 요소들(610) 사이의 제1 방향 경계(710)가 되도록 한다. 보다 구체적으로, 요소 생성부(130)는 하위 요소들(610)에서 절단면(400)의 방향을 제1 방향 경계(710)로 정의할 수 있다. 그리고, 제2 방향 경계(720)는 제1 방향 경계(710)에 수직하는 방향으로 정의될 수 있다. 본 실시예에서 제1 방향 경계9710)가 제2 방향 경계(720)가 수직하는 것으로 설명하나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지는 아니한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 요소 생성부(130)는 하위 요소들(610) 사이의 제1 방향 경계(710)와 제2 방향 경계(720)에 따라 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)를 생성한다. 제1 방향 경계(710)와 제2 방향 경계(720)가 서로 수직할 경우 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820) 또한 서로 수직할 수 있다.

제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)는 서로 다른 방향으로 블록이 변형되는 것을 해석하기 위한 것이다. 예를 들어, 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)가 각각 종축 방향 단위 요소와 횡축 방향 단위 요소인 경우 용접이 이루어진 블록(310)이 종축 방향과 횡축 방향으로 변형되는 것에 대한 해석이 이루어질 수 있다.

이와 같이 요소 생성부(130)는 구조물(200)을 가상 분할하는 요소의 차원보다 낮은 차원을 지닌 단위 요소들(810, 820)을 용접선(320)의 위치에 따라 생성한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서 구조물(200)을 가상 분할하는 요소는 2차원 메쉬이고 용접선(320)의 위치에 따라 생성된 단위 요소들(810, 820)은 1차원 트러스(truss)일 수 있다.

구조물(200)의 요소의 차원보다 낮은 차원을 지닌 단위 요소가 생성됨으로써 블록의 용접으로 인한 변형량을 계산하는 계산량이 줄어들 수 있다. 단위 요소를 이용한 변형량의 계산에 대해서는 이후에 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

한편, 도 6에서는 요소 생성부(130)는 절단면(400)에 의하여 절단된 하나의 요소(510)를 2 개의 하위 요소들(610)로 변환하였으나, 도 9에 도시된 바와 같이 하나의 요소(510)를 2 개보다 많은 하위 요소들(910)로 변환할 수 있다. 이 때 요소 생성부(130)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 앞서 설명된 방법과 동일하게 절단면(400)과 요소(510)의 경계가 하위 요소들(910) 사이의 제1 방향 경계(710a)가 되도록 한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 요소 생성부(130)는 하위 요소들(910) 사이의 제1 방향 경계(710a)와 제2 방향 경계(720a)에 따라 제1 방향 단위 요소(810a)와 제2 방향 단위 요소(820a)를 생성한다.

이와 같이 하나의 요소(510)가 2 개보다 많은 하위 요소들(910)로 변환될 경우, 하나의 요소(510)가 2 개의 하위 요소들(610)로 변환되는 경우에 비하여 보다 정확한 변형량의 계산이 가능하다. 이에 대한 이유에 대해서는 계산부(140)를 통하여 이후에 설명될 것이다.

다음으로 계산부(140)의 동작에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 계산부(140)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 12의 좌측에는 요소 생성부(130)에 의하여 생성된 도 8의 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)가 도시되어 있다. 도 12의 우측에는 설명의 편의를 위하여 서로 분리되어 있는 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)가 도시되어 있다.

제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820) 각각의 양끝단에는 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)의 절점(n11, n12, n21, n22)이 존재한다. n11 및 n12는 제1 방향 단위 요소(810)의 양끝단에 존재하는 절점이고, n21 및 n22는 제2 방향 단위 요소(820)의 양끝단에 존재하는 절점이다.

계산부(140)는 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820) 각각의 절점(n11, n12, n21, n22)에 열하중을 입력하여 블록(310)의 변형량을 계산한다.

본 발명의 실시예에서 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820) 각각의 절점(n11, n12, n21, n22)에 입력되는 열하중은 한국등록특허 10-879259를 바탕으로 하여 계산된 값일 수 있다. 한국등록특허 10-879259는 용접수축을 일으키기 위해 온도차를 블록(310)의 용접되는 부분의 재료적 특성과 블록(310)의 용접되는 부분의 기하학적 특성을 이용한다. 즉, 블록(310) 형상의 기하학적 특성을 활용하여 가상의 온도차이(온도구배)가 만들어지고, 블록(310)의 재료적 특성을 이용하여 가상의 열변형도(고유변형도)가 만들어져 온도차이와 열변형도에 따라 용접에 따른 수축력이 만들어진다.

본 발명의 실시예의 경우 1차원 트러스 요소와 같은 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)를 사용하기 때문에 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)의 절점(n11, n12, n21, n22)에 입력되는 열하중은 동일한 온도에서 계산된다.

이에 따라 유한요소해석법에 있어 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)의 특성은 기하학적 특성을 정의하는 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)의 단면적에 영향을 받는다.

제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)의 단면적은 유한요소해석법에 있어서 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820)의 특성치이다.

이에 따라 온도 및 단면적에 따라 계산된 열하중이 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820) 각각의 절점(n11, n12, n21, n22)에 입력된다.

이 때 블록(310)의 변형에 따른 강성을 고려할 경우 단면적은 강성비에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 동일한 열하중에 대해 1m 짜리 블록을 용접했을 경우와 100m짜리 블록을 용접했을 경우 용접으로 인한 수축력이 달라질 수 있다. 이와 같은 수축력의 차이를 만들어 내는 것이 강성이며, 강성은 블록(310)의 무게와 길이로 결정된다. 따라서 용접과 용접이 일어나는 블록(310)의 길이와 무게에 따른 강성비가 설정될 수 있다.

계산부(140)는 제1 방향 단위 요소(810)와 제2 방향 단위 요소(820) 각각의 절점(n11, n12, n21, n22)에 열하중을 입력하여 용접에 따른 블록(310)의 변형량(예를 들어, 수축량)을 계산한다.

앞서 언급된 바와 같이 본 발명의 실시예의 경우 구조물(200)의 요소의 차원보다 낮은 차원을 지닌 단위 요소(810, 820, 810a, 820a)가 생성됨으로써 블록의 용접으로 인한 변형량을 계산하는 계산량이 줄어들 수 있다. 예를 들어, 삼각형이나 사각형 등과 같은 형태를 지닌 2차원 요소의 경우 절점이 3개 이상이므로 2차원 요소의 절점에 입력되는 열하중에 따른 계산량이 증가한다.

반면에 본 발명의 실시예에 따른 변형량예측시스템은 구조물(200)의 요소의 차원보다 낮은 차원을 지닌 단위 요소(810, 820)를 생성하므로 변형량을 구하기 위한 계산량이 줄어든다.

한편 앞서 도 8 및 도 11을 참고하여 언급된 바와 같이 하나의 요소를 2 개의 하위 요소(610)로 변환하여 생성된 단위 요소들(810, 820) 에 비하여 하나의 요소를 2 개 보다 많은 하위 요소(910)로 변환하여 생성된 단위 요소들(810a, 820a)을 이용할 경우 변형량의 계산이 보다 정확할 수 있다. 즉, 단위 요소들(810a, 820a)이 증가하면 입력될 열하중 역시 증가하므로 보다 정확하게 블록(310)의 변형량이 예측될 수 있다.

도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 변형예측시스템의 판단부(150)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이와 같이 계산부(140)에 의하여 블록(310)의 변형량이 계산되면, 판단부(150)는 변형량과 기준값을 비교한다. 변형량이 기준값보다 작거나 같으면 판단부(150)는 현재의 블록(310)의 크기를 최종 블록의 크기로 설정한다. 반대로 변형량이 기준값보다 크면 판단부(150)는 현재의 블록(310)의 크기를 조절하도록 요청하는 크기조절신호를 출력한다.

이에 따라 절단면 생성부(120)는 블록(310)의 크기를 조절하기 위하여 용접선(320)의 위치를 변경하고 변경된 용접선(320)의 위치에 따라 새로운 절단면(400)을 생성한다.

이후 요소 생성부(130)는 새로운 절단면(400)에 따라 제1 방향 단위 요소와 제2 방향 단위 요소를 생성하고, 계산부(140)는 제1 방향 단위 요소와 제2 방향 단위 요소의 절점에 열하중을 입력하여 블록(310)의 변형량을 계산한다. 판단부(150)는 새롭게 계산된 변형량을 기준값과 비교하여 블록 크기의 적절성을 판단한다.

도 13은 블록(310)의 크기가 35 m인 경우 용접에 따른 블록(310)의 변형량이 10.05 mm이고, 이와 같은 변형량이 기준값보다 큼을 나타낸다. 이와 같이 블록의 변형량이 기준값보다 크면 절단면 생성부(120)는 블록(310)의 크기를 증가시킨다. 왜냐하면 블록(310)의 크기가 크면 변형량은 감소하기 때문이다. 즉, 도 14에 도시된 바와 같이 절단면 생성부(120)는 블록(310)의 크기를 40 m로 증가시키기 위하여 용접선(320)의 위치를 변경하고 변경된 용접선(320)의 위치에 따라 새로운 절단면(400)을 생성한다. 이와 같은 블록(310)의 크기의 조절을 통하여 블록(310)의 변형량은 기준값보다 작은 2.01 mm가 되어 블록(310)의 최종 크기는 40 m로 설정된다.

다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 변형예측방법을 설명한다.

지금까지 도 1를 주로 참조하여 변형예측시스템의 구성 및 각 구성부에 대한 기능을 설명하였다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과하며, 해당 구성부의 기능이 세분화되어 복수개의 구성부로 구현되거나, 반대로 여러 구성부의 기능이 하나의 구성부로서 통합되어 기능이 수행될 수 있다. 따라서, 이하 본 발명의 실시예에 따른 변형예측방법을 설명하면서, 변형예측시스템의 구성부를 주체로 하여 설명한다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 변형예측방법의 순서도이다.

절단면 생성부(120)는, 구조물을 구성하는 블록들이 용접될 용접선의 위치를 나타내는 용접선 위치 데이터를 이용하여 블록(310)의 크기를 결정하고, 용접선 위치 데이터에 따라 구조물(200)을 블록(310)으로 가상적으로 나누기 위한 절단면(400)을 생성한다(S100). 용접선 위치 데이터, 블록 크기의 결정, 절단면(400) 생성 등에 대해서는 앞서 상세히 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다.

요소 생성부(130)는 요소들 중 절단면(400)에 의하여 절단된 요소(510)를 하위 요소들(610)로 변환하고, 절단면(400)과 요소(510)의 경계가 하위 요소들(610, 910) 사이의 제1 방향 경계(710, 710a)가 되도록 하며, 하위 요소들(610, 910) 사이의 제1 방향 경계(710, 710a)와 제2 방향 경계(720, 720a)에 따라 제1 방향 단위 요소(810, 810a)와 제2 방향 단위 요소(820, 820a)를 생성한다(S110). 절단면(400)에 의한 요소(510)의 절단, 하위 요소(610, 910), 제1 방향 경계(710, 710a), 제2 방향 경계(720, 720a), 제1 방향 단위 요소(810, 810a) 및 제2 방향 단위 요소(820, 820a) 등에 대해서는 앞서 상세히 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다.

계산부(140)는 제1 방향 단위 요소(810, 810a)와 제2 방향 단위 요소(820, 820a)에 열하중을 입력하여 블록(310)의 변형량을 계산한다(S120). 블록(310)의 변형량을 계산에 대해서는 앞서 상세히 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다.

판단부(150)는 블록(310)의 변형량을 기준값과 비교하여 블록(310)의 최종 크기를 결정한다(S130). 블록의 최종 크기의 결정 과정 등은 앞서 상세히 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims

용접선 위치 데이터를 이용하여 구조물을 가상으로 절단하여 가상 블록을 형성하는 가상 절단면을 생성하는 절단면 생성부;
상기 구조물을 요소들(elements)로 가상 분할한 구조모델 데이터를 이용하여, 상기 가상 절단면에 의하여 절단된 요소를 복수의 하위 요소들로 변환하고, 상기 절단면 및 상기 하위 요소들간의 관계에서 복수의 방향 단위 요소를 생성하는 요소 생성부;
상기 복수의 방향 단위 요소와 열하중을 이용하여 상기 가상 블록들의 변형량을 계산하는 계산부;
상기 가상 블록들의 변형량이 지정된 기준값이하인 경우 상기 가상 블록을 상기 구조물을 구성하는 블록으로 결정하는 판단부를 포함하는 변형예측 시스템.
제1항에 있어서,
상기 요소 생성부는 상기 하위 요소에서, 상기 절단면의 방향인 제1 방향 경계로, 상기 제1 방향 경계에 수직하는 제2 방향 경계로 정의하고, 상기 제1 방향 경계 및 상기 제2 방향 경계에 대응하는 제1 방향 단위 요소 및 제2 방향 단위 요소를 생성하고,
상기 계산부는 상기 제1 방향 단위 요소 및 상기 제2 방향 단위 요소 중 하나 이상의 절점에 열하중을 입력하여 상기 가승 블록들의 변형량을 계산하는 변형 예측 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가상 블록들의 변형량이 지정된 기준값을 초과하는 경우,
상기 판단부는 상기 가상블록의 크기의 조절을 요청하는 요청신호를 출력하고,
상기 절단면 생성부는 상기 요청신호에 대응하여, 상기 가상 블록의 크기를 조절하고, 조절된 가상 블록의 크기에 따라 상기 용접선 위치 데이터 및 상기 가상 절단면을 갱신하는 변형 예측 시스템.
제1항에 있어서,
상기 판단부는
상기 블록의 변형량이 기준값보다 작거나 같으면 상기 블록의 현재 크기를 최종 블록의 크기로 결정하고,
상기 블록의 변형량이 기준값보다 크면 상기 블록의 현재 크기를 조절하도록 요청하는 크기조절신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제4항에 있어서,
상기 절단면 생성부는
상기 크기조절신호에 따라 상기 블록의 크기를 조절한 후 상기 조절된 블록의 크기에 따라 새로운 절단면을 생성하는 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제1항에 있어서,
상기 구조물의 상기 구조모델 데이터와 상기 용접선 위치 데이터를 수신하는 정보 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제1항에 있어서,
상기 구조모델 데이터는 CAD 정보와 요소 정보를 포함하며, 상기 구조모델 데이터의 요소는 2차원 메쉬인 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제1항에 있어서,
상기 용접선 위치 데이터는 상기 구조물의 블록을 측면, 정면 및 상면에서 보았을 때의 상기 용접선의 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제8에 있어서,
상기 절단면 생성부는
상기 구조물의 블록을 상면, 정면 및 측면 각각에서 보았을 때, 상면 방향 용접선, 정면 방향 용접선 및 측면 방향 용접선으로 이루어진 상기 절단면을 생성하는 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 방향 경계와 제2 방향 경계는 서로 수직인 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 요소 생성부는 상기 구조물을 가상 분할하는 상기 요소를 상기 요소의 차원보다 낮은 차원을 지닌 상기 제1 방향 단위 요소 및 제2 방향 단위 요소들로 상기 용접선의 위치에 따라 생성하는 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제11항에 있어서,
상기 제1 방향 단위 요소 및 제2 방향 단위 요소는 1차원 트러스인 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 요소 생성부는 상기 절단면에 의하여 절단된 하나의 요소를 2 개 이상의 하위 요소들로 변환하는 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절단면 생성부는
상기 블록의 크기를 조절하기 위하여 상기 용접선의 위치를 변경하고, 상기 변경된 용접선의 위치에 따라 새로운 절단면을 생성하는 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블록의 변형량이 기준값보다 크면 상기 절단면 생성부는 상기 블록의 크기를 증가시키는 것을 특징으로 하는 변형예측시스템.
구조물을 구성하는 복수의 블록들이 용접될 용접선의 위치를 나타내는 용접선 위치 데이터를 이용하여 블록의 크기를 결정하고, 상기 용접선 위치 데이터에 따라 구조물을 상기 블록들로 가상적으로 나누기 위한 절단면을 생성하는 단계;
상기 구조물을 가상 분할한 요소들 중 상기 절단면에 의하여 절단된 요소를 복수의 하위 요소들로 변환하고, 상기 절단면과 상기 절단된 요소의 경계가 하위 요소들 사이의 제1 방향 경계가 되도록 하고, 상기 제1 방향 경계가 아닌, 상기 하위 요소들 사이의 경계가 제2 방향 경계가 되도록 하며, 상기 하위 요소들 사이의 상기 제1 방향 경계와 상기 제2 방향 경계에 따라 제1 방향 단위 요소와 제2 방향 단위 요소를 생성하는 단계;
상기 제1 방향 단위 요소와 상기 제2 방향 단위 요소의 절점에 열하중을 입력하여 상기 블록의 변형량을 계산하는 단계; 및
상기 블록의 변형량을 기준값과 비교하여 상기 블록의 최종 크기를 결정하는 단계
를 포함하는 변형예측방법.
제16항에 있어서,
상기 블록의 최종 크기를 결정하는 단계는,
상기 블록의 변형량이 기준값보다 작거나 같으면 상기 블록의 현재 크기를 최종 블록의 크기로 결정하고,
상기 블록의 변형량이 기준값보다 크면 상기 블록의 현재 크기를 조절하도록 요청하는 크기조절신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 변형예측방법.
제17항에 있어서,
상기 크기조절신호에 따라 상기 블록의 크기를 조절한 후 상기 조절된 블록의 크기에 따라 새로운 절단면을 생성하는 것을 특징으로 하는 변형예측방법.