KR20150021249A - Method for longitudinal strength analysis of ships subjected to lateral pressure - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for analyzing the longitudinal strength of a vessel with water pressure and, more specifically, to a method for analyzing the final longitudinal strength of the vessel applying water pressure (hydrostatic pressure) which is applied when the vessel stays a port and water pressure (hydrostatic pressure + hydrodynamic pressure) generated by a wave load or the like. The method for analyzing the longitudinal strength of the vessel with the water pressure calculates the hydrostatic pressure in a full load condition and a ballast condition and the hydrodynamic pressure of the wave load based on the sea gauge of the full load condition and the ballast condition; calculates total water pressure distribution by performing linear summation based on the hydrostatic pressure and the hydrodynamic pressure; analyzes the final longitudinal strength by considering initial imperfection after determining the optimal analyzing method and an analysis order for analyzing the final longitudinal strength of the vessel according to the total water pressure distribution and applying the water pressure and vertical bending moment to the vessel; and deducting a diagram by setting a horizontal axis as a curvature and setting a vertical axis as the relation of the final bending moment.

Description

수압을 고려한 선박의 종강도 해석법 {Method for longitudinal strength analysis of ships subjected to lateral pressure}[0001] The present invention relates to a method of longitudinal strength analysis of a ship,

본 발명은 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박이 항구에 정박했을 때 가해지는 수압(정수압) 및 운항 중 파랑하중 등으로 인해 야기되는 수압(정수압+동수압)이 가해지는 선박의 최종 종강도 해석법에 관한 것이다.The present invention relates to a longitudinal strength analysis method of a ship in consideration of hydraulic pressure, and more particularly, to a method of analyzing a longitudinal strength of a ship in consideration of hydraulic pressure (hydrostatic pressure and hydrostatic pressure) And the final longitudinal strength analysis method of the ship.

선박(Ship) 및 해양구조물(Offshore structure)은 특정 설계수명에 맞추어 안전하게 설계 건조해야 한다.Ship and offshore structures should be designed and built safely for specific design life.

예를 들어 일반 선박의 설계수명은 20년, 공통구조규칙(Common structural rule)이 적용된 선박 즉, 유조선, 산적화물선(Bulk Carrier)의 설계수명은 25년, LNG선의 설계수명은 30년이다.For example, the design life of a general ship is 20 years, the design life of a ship to which a common structural rule is applied is 25 years for oil tankers and bulk carriers, and 30 years for LNG carriers.

선박 및 해양구조물은 상기한 설계수명 동안에 필연적, 지속적으로 수압에 의한 하중이 가해진다.Ship and offshore structures are inevitably and continuously subjected to hydrostatic loads during the above design life.

이러한 수압은 선박 및 해양구조물의 강도에 영향을 미치게 되며, 주로 선박형 구조물의 경우 최종 종강도(Ultimate longitudinal strength 또는 ultimate hull girder strength)에 영향을 주게 된다.This water pressure affects the strength of ships and offshore structures and affects ultimate longitudinal strength or ultimate hull girder strength, mainly for ship-type structures.

하지만, 이러한 수압이 선박의 최종 종강도에 미치는 영향을 자세히 규명한 연구는 많지 않은 실정이며, 그 방법 및 결과에 대해서도 정보가 많지 않다.However, there are not many studies to clarify the effect of such water pressure on the final strength of the ship, and there is not much information about the method and the result.

또한, 공통구조규칙(Common structural rule)에서 현재까지는 최종 종강도 해석에 있어 수압의 영향을 고려하지 않고 있으며, 컴퓨터 계산 시간 및 모델링상의 어려움으로 인해 비선형유한요소법을 통한 해석은 수행되지 않고 있는 실정이다.In addition, in the common structural rule, the influence of hydraulic pressure is not taken into account in the final longitudinal strength analysis, and the analysis through the nonlinear finite element method is not carried out due to computer calculation time and difficulty in modeling .

따라서 비선형유한요소법을 통해 수압이 가해지는 선박구조물의 최종 종강도 거동을 분석하는 방법이 필요하게 되었다.Therefore, it is necessary to analyze the final longitudinal strength behavior of ship structures subjected to hydraulic pressure through nonlinear finite element method.

국내공개번호 제10-2013-0082550호(2013년07월22일)Korean Patent No. 10-2013-0082550 (July 22, 2013)

본 발명은 상술한 필요성에 의해 안출된 것으로서, 설계수명 동안 수압하중에 노출된 선박형 구조물의 최종강도 성능을 평가할 수 있는 방법을 제시함으로써, 해당 선박형 구조물의 정확한 구조응답을 얻는 것은 물론 개발된 방법을 통해 수압이 미치는 영향을 명확히 분석할 수 있는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised in view of the above-mentioned need, and it is an object of the present invention to provide a method for evaluating the ultimate strength performance of a ship-like structure exposed to a hydraulic load during a design life, The purpose of this study is to provide a longitudinal strength analysis method of a ship considering the hydraulic pressure which can clearly analyze the influence of the hydraulic pressure through the method.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법은 (a) 선박의 주요치수 및 제원으로부터 만재상태와 발라스트상태의 흘수를 산정하는 단계;According to an aspect of the present invention, there is provided a method of analyzing a longitudinal strength of a ship, the method comprising: (a) calculating drafts of a ballast condition and a full condition from the main dimensions and specifications of the ship;

(b) 상기 흘수를 바탕으로 만재상태와 발라스트상태에서의 정수압과 파랑하중에 의한 동수압을 산정하는 단계;(b) calculating the hydrostatic pressure due to the hydrostatic pressure and the wave load in the full state and the ballast state based on the draft;

(c) 상기 정수압과 동수압을 바탕으로 이를 선형합(Linear summation)하여 전체 수압 분포를 계산하는 단계;(c) calculating a total water pressure distribution by linear summation of the hydrostatic pressure and the hydrostatic pressure;

(d) 상기 선박의 초기결함을 산정하는 단계;(d) calculating an initial defect of the ship;

(e) 상기 전체 수압 분포에 따른 선박의 최종 종강도 해석을 위한 최적의 해석법과 해석 순서를 결정하는 단계; 및(e) determining an optimal analysis method and an analysis sequence for analyzing the final longitudinal strength of the ship according to the total water pressure distribution; And

(f) 상기 결정된 해석 순서에 따라 선박에 수압과 수직 굽힘 모멘트를 가하여 상기 결정된 최적의 해석법으로 상기 산정된 초기결함을 고려해서 최종 종강도를 해석하고, 가로축은 곡률, 세로축은 최종 굽힘 모멘트의 관계로 다이어그램을 도출하는 단계; 를 포함하여 구성된다.(f) The hydrostatic pressure and the vertical bending moment are applied to the ship in accordance with the determined analytical procedure, and the final longitudinal strength is analyzed in consideration of the calculated initial defects by the determined optimal analysis method. The abscissa is the curvature, and the ordinate is the relation of the final bending moment The method comprising: .

또한, 상기 (b)단계에서 선박의 각 부위별 정수압 및 동수압은 국제선급협회(IACS)에서 제시한 수압정보와 관련한 가이드라인 것을 특징으로 한다.In addition, the hydrostatic pressure and hydrostatic pressure of each part of the ship in the step (b) are characterized by being a guide relating to the water pressure information provided by the International Classification Society (IACS).

또한, 상기 (d)단계에서 초기결함은 초기처짐인 것을 특징으로 한다.Also, in the step (d), the initial defects are initial deflections.

또한, 상기 초기처짐의 산정은 판과 보강재에 대해 적용됨을 특징으로 한다.The calculation of the initial deflection is also applied to the plate and the stiffener.

또한, 상기 초기처짐은

Figure pat00001
의 수학식의 의해 산정되는 것을 특징으로 한다. Also, the initial deflection
Figure pat00001
, And the following formula is calculated.

여기서 a는 횡프레임의 간격, b는 종보강재의 간격, hw는 보강재 높이, wopl은 판 초기처짐, wow는 보강재 웹(Web) 초기처짐, woc는 보강재의 칼럼타입 초기처짐, wos는 보강재의 사이드웨이 초기초짐이다.Where a is the spacing of transverse frames, b is the spacing of longitudinal stiffeners, h w is the height of the stiffener, w opl is the plate initial deflection, w ow is the initial deflection of the stiffener web, w oc is the column initial deflection of the stiffener, os is the sideways shear foundation load of the stiffener.

또한, 상기 (e)단계에서 해석 순서를 결정하는 방법은 선박에 수압을 1차적으로 가하여 선행 해석을 수행한 후 이를 기하학 갱신 방법을 통해 수압으로 인한 변형이 가해진 선박에 2차적으로 수직 굽힘 모멘트를 가하여 해석을 수행하는 방법과, 수압과 수직 굽힘 모멘트(호깅모멘트 혹은 새깅모멘트)를 동시에 선박에 가하여 해석을 수행하는 방법 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The method of determining the analysis order in the step (e) is as follows. First, the water pressure is firstly applied to the ship, the preceding analysis is performed, and then the second vertical bending moment is applied to the ship subjected to the water pressure- And a method of performing an analysis by applying a water pressure and a vertical bending moment (hogging moment or sagging moment) to a ship at the same time.

또한, 상기 (f)단계에서 선박의 모델로 전선 모델, 3 화물창(Cargo hold) 모델, 2 화물창 모델, 1 화물창 모델, 2 베이 슬라이스드(2 bay sliced) 선체단면 모델 또는 1 베이 슬라이스드(1 bay sliced) 선체단면 모델 중 어느 하나의 모델을 적용하여 최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 한다.In the step (f), the model of the ship may be a wire model, a cargo hold model, a 2-cargo hold model, a 1-cargo hold model, a 2-bay sliced hull section model, bay sliced) hull section model to analyze the final longitudinal strength.

또한, 상기 (f)단계에서 최종 종강도 해석은 비선형유한요소법(Nonlinear Finite Element Method, NLFEM)을 이용하는 것을 특징으로 한다.The final longitudinal strength analysis in the step (f) is characterized by using a nonlinear finite element method (NLFEM).

또한, 상기 (f)단계에서 최종 종강도 해석에 있어 선박 양쪽 끝단의 평면은 해당 평면이 가해지는 수직 굽힘 모멘트로 인해 중립축을 중심으로 회전함에 따라 평면상태를 유지하며 함께 회전 거동함을 특징으로 한다.In the final longitudinal strength analysis in the step (f), the planes at both ends of the ship are rotated in a planar state and rotate together as they rotate around the neutral axis due to the vertical bending moment applied to the plane .

또한, 상기 선박 양쪽 끝단의 노드들은 다중점 구속(MPC: Multi-Point Constraint) 기법을 통해 선박의 중립축에 위치한 한 노드에 수직 굽힘 모멘트를 가할 노드를 생성시키고 해석을 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the nodes at both ends of the ship generate a node to apply a vertical bending moment to a node located on a neutral axis of the ship through Multi-Point Constraint (MPC), and perform analysis.

또한, 상기 (f)단계에서 선박에 수압과 2가지 종류(호깅모멘트 혹은 새깅모멘트)의 수직 굽힘 모멘트를 동시에 가하여 최종 종강도 해석을 수행하는 것을 특징으로 한다.In the step (f), the final longitudinal strength analysis is performed by simultaneously applying a water pressure to the ship and a vertical bending moment of two kinds (hogging moment or sagging moment).

그리고 (g) 상기 (f)단계에 의해 분석된 최종 종강도의 성능이, 가해지는 외력 대비 안전한지 여부를 평가하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.And (g) evaluating whether or not the performance of the final longitudinal strength analyzed by the step (f) is safe as compared with the external force to be applied.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 수압이 가해지는 선박형 구조물의 최종 종강도 평가와 관련한 해석방법을 개발하고 이를 바탕으로 구조물에 수압이 미치는 영향을 정확히 분석함으로써, 실제 운항상에 있어 구조물의 안전성 평가를 수행할 수 있는 다이어그램을 제공/제시할 수 있다.According to the means for solving the above-mentioned problems, an analytical method relating to the final longitudinal strength evaluation of a ship-like structure to which a hydraulic pressure is applied is developed, and the influence of the hydraulic pressure on the structure is accurately analyzed, You can provide / present a diagram to perform the evaluation.

또한, 수압이 가해진 선박들의 최종 종강도 성능 평가기법은 수압관련 가이드라인이 명확하지 않은 기타 선종들(유조선, 산적화물선 제외한 선박들)에 다양하게 적용되며 다양한 선박형 구조물에 활용될 수 있다.In addition, the final longitudinal strength performance evaluation method for hydrostatic pressure vessels is applicable to various ship types (ships other than oil tankers and bulk carriers) for which the hydraulic pressure guideline is not clear, and can be applied to various ship type structures.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법에 따른 순서도이다.
도 2는 공통구조규칙이 적용된 이중선체 유조선의 단면과 초기처짐을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 선박형 구조물의 최종 종강도 해석을 수행하기 위한 범위를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 언급된 해석범위 중 다양한 모델의 해석 경계조건을 나타낸 도면이다.
도 5는 최종 종강도 실험결과 및 비선형유한요소법, 대형유한요소법, 이상화 구조요소법 및 기타 설계공식법을 이용해 각기 다른 해석법들의 해석정도를 비교한 그래프이다.
도 6은 도 5에 나타낸 해석방법들에 의해 정리된 구조물의 곡률 대비 중립축변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 1의 실시예에 의해 획득한 만재상태시 정수압 분포를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1의 실시예에 의해 획득한 만재상태시 동수압 분포를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 1의 실시예에 의해 획득한 만재상태시 정수압 및 동수압을 선형합한 분포를 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 1의 실시예에 의해 획득한 발라스트상태시 정수압 분포를 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 1의 실시예에 의해 획득한 발라스트상태시 동수압 분포를 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 1의 실시예에 의해 획득한 발라스트상태시 정수압 및 동수압을 선형합한 분포를 나타낸 그래프이다.
도 13은 도 1의 실시예에 의해 획득한 발라스트상태시 최종 종강도 해석결과를 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is a flow chart according to an analysis method of longitudinal strength of a ship in consideration of water pressure in accordance with an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is an enlarged view showing a section and an initial deflection of a double hull oil tanker to which a common structural rule is applied.
Fig. 3 is a view showing a range for carrying out the final longitudinal strength analysis of the ship-like structure.
FIG. 4 is a view showing analysis boundary conditions of various models among the analysis ranges mentioned in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a graph comparing the analysis results of different analysis methods using the results of the final longitudinal strength test and the nonlinear finite element method, the large finite element method, the idealized structural element method, and other design formula methods.
FIG. 6 is a graph showing curvature-to-neutral axis change of a structure summarized by the analysis methods shown in FIG.
7 is a graph showing the hydrostatic pressure distribution in the full state obtained by the embodiment of FIG.
8 is a graph showing the dynamic pressure distribution at full load obtained by the embodiment of FIG.
9 is a graph showing a linear distribution of hydrostatic pressure and hydrostatic pressure in a full state obtained by the embodiment of FIG.
10 is a graph showing the hydrostatic pressure distribution during the ballast condition obtained by the embodiment of FIG.
11 is a graph showing the hydrodynamic pressure distribution in the ballast state obtained by the embodiment of FIG.
12 is a graph showing a distribution obtained by linearly summing hydrostatic pressure and hydrostatic pressure in the ballast state obtained by the embodiment of FIG.
FIG. 13 is a graph showing the final longitudinal strength analysis result in the ballast state obtained by the embodiment of FIG. 1; FIG.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.It is to be noted that the same components of the drawings are denoted by the same reference numerals and symbols as possible even if they are shown in different drawings.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Also, when a part is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법에 따른 순서도이다.FIG. 1 is a flow chart according to an analysis method of longitudinal strength of a ship in consideration of water pressure in accordance with an embodiment of the present invention.

이하에서는 공통구조규칙이 적용된 스웨즈막스급 이중선체 유조선을 예로 들어 설명하되, 이는 기타 다른 선박에도 적용될 수 있다.The following explains the example of a Suez Max-class double hull oil tanker with common structural rules, which can be applied to other ships.

도 1에 도시된 바와 같이 제1단계(S10)에서는 컴퓨터를 이용해 해석을 수행할 선박의 주요치수 및 기타 제원을 파악하여 선박에 가해지는 수압산정을 위해 홀수를 산정하는 단계이다.As shown in FIG. 1, in the first step (S10), the main dimensions and other specifications of a ship to be analyzed by using a computer are grasped and an odd number is calculated to calculate a hydraulic pressure applied to the ship.

여기서 상기 흘수(吃水: draft)는 선박이 떠 있을 때 수면에서 물에 잠긴 선박의 가장 밑부분까지의 수직거리이다.Here, the draft is the vertical distance from the water surface to the lowest part of the water-immersed vessel when the ship is floating.

이때 만재상태(화물을 가득 적재한 상태)(full load condition)에서의 흘수 및 발라스트 상태(짐을 모두 하역하고 발라스트 물을 가득 채워 선박의 안정성(stability)을 유지하며 운항하는 상태)(ballast condition)에서의 흘수를 정확히 산정한다.At this time, the draft and ballast condition (full load condition) and ballast condition (ballast condition, loading and unloading of the ballast water and maintaining the stability of the ship) Is to be calculated accurately.

제2단계(S20)에서는 상기 제1단계(S10)에서 산정한 흘수 정보를 바탕으로 2가지 경우 즉, 만재상태와 발라스트상태에서의 정수압을 산정하는 단계이다.In the second step S20, based on the draft information calculated in the first step S10, the hydrostatic pressure is calculated in two cases, that is, in the full state and the ballast state.

제3단계(S30)에서는 상기 제2단계(S20)와 비슷하게 2가지 경우에 대해 동수압을 산정하는 단계로서, 공통구조규칙의 가이드라인을 기반으로 하여 산정한다.In the third step S30, similar to the second step S20, the hydrostatic pressure is calculated for two cases and is calculated based on the guideline of the common structure rule.

제4단계(S40)에서는 상기 제2단계(S20)와 제3단계(S30)에서 산정한 정수압과 동수압을 선형합하여 전체수압을 산정하는 단계이다.In the fourth step S40, the total hydrostatic pressure is calculated by linearly summing the hydrostatic pressure and the hydrostatic pressure calculated in the second step S20 and the third step S30.

제5단계(S50)에서는 선정된 선박형 구조물의 초기결함 즉, 초기처짐 및 용접잔류응력을 산정하는 단계이다.In the fifth step S50, the initial defects of the selected ship-like structure, that is, the initial deflection and the welding residual stress, are calculated.

여기서 용접잔류응력은 공통구조규칙에서 종강도 해석의 경우 무시하고, 초기처짐은 후술하는 수학식 1을 적용한다.Here, the welding residual stress is ignored in the case of the longitudinal strength analysis in the common structure rule, and the initial deflection is expressed by Equation (1) described later.

제6단계(S60)에서는 선정된 선박형 구조물의 해석범위를 산정하는 단계이다.In the sixth step S60, the analysis range of the selected ship-like structure is calculated.

제7단계(S70)에서는 최종 종강도 해석을 위한 최적의 방법을 산정하기 위해 다양한 방법들의 해석을 진행하고 해석순서를 결정하는 단계이다.In the seventh step (S70), various methods are analyzed and the analysis order is determined in order to calculate an optimal method for final longitudinal strength analysis.

제8단계(S80)에서는 초기결함을 고려하여 호깅(hogging) 및 새깅(sagging)하중하 최종 종강도 해석을 수행하고 곡률(가로축)과 종강도 성능(세로축)의 관계로 표현하는 단계이다.In the eighth step S80, final strength analysis is performed under hogging and sagging loads in consideration of initial defects, and the relationship is expressed as a relationship between the curvature (transverse axis) and the longitudinal strength (longitudinal axis).

제9단계(S90)에서는 구조강도성능(최종 종강도 성능)과 구조물에 가해지는 외력을 비교하여 안전도(Safety factor)를 계산하고 평가한다.
In the ninth step (S90), the safety factor is calculated and evaluated by comparing the structural strength performance (final longitudinal strength performance) with the external force applied to the structure.

<실시예><Examples>

본 실시예에서는 수압이 가해지는 스웨즈막스급 이중선체 유조선(Suexmax class double hull oil tanker)을 대상 선박으로 선정하여 컴퓨터를 이용해 수압의 영향을 고려한 선박의 최종 종강도 거동특성을 분석하고자 한다.In the present embodiment, a Suexmax class double hull oil tanker with a hydraulic pressure is selected as a target vessel, and the characteristics of the final longitudinal strength of the ship considering the influence of hydraulic pressure are analyzed using a computer.

먼저, 제1단계(S10)에서는 스웨즈막스급 이중선체 유조선의 주요치수 및 기타제원을 파악하여 선박에 가해지는 수압산정을 위해 홀수를 산정하는 단계이다.First, in the first step (S10), the main dimensions and other specifications of the Suez Max-class double hull oil tanker are grasped and the odd number is calculated to estimate the hydraulic pressure applied to the ship.

아래의 표 1은 해당 선박 구조물의 주요치수를 나타낸다.Table 1 below shows the main dimensions of the ship structure.

Figure pat00002
Figure pat00002

표 1에 도시된 바와 같이 주요치수로 무게, 수선간장(length between perpendiculars), 스캔틀링 길이(scantling length), 폭, 길이, 홀수, 방형비척계수(block coefficient)를 포함한다.As shown in Table 1, the main dimensions include weight, length between perpendiculars, scantling length, width, length, odd number, and square block coefficient.

아래의 표 2는 해당 선박 구조물의 기타 제원을 나타낸다.Table 2 below shows other specifications of the ship structure.

Figure pat00003
Figure pat00003

표 2에 도시된 바와 같이 기타 제원으로 선체 단면적, 관성 모멘트, 갑판(데크)과 바닥의 단면계수, 중립축 위치를 포함한다.
Other specifications include hull cross-sectional area, moment of inertia, section modulus of deck (deck) and bottom, and neutral axis position as shown in Table 2.

제2단계(S20)에서는 상기 제1단계(S10)에서 산정된 흘수정보(표 1에 나타낸 홀수)를 바탕으로 2가지 경우 즉, 만재상태와 발라스트상태에서의 정수압(Static sea pressure)을 산정한다.In the second step S20, based on the draft information calculated in the first step S10 (the odd number shown in Table 1), the static sea pressure is calculated in two cases, that is, the full state and the ballast state .

만재상태의 경우 흘수는 17m이며, 발라스트상태에서의 흘수는 7.7m이다.The draft at full load is 17 m and the draft at ballast is 7.7 m.

만재상태의 정수압이 가해지는 경우 도 7과 같이 산정되며, 발라스트상태에서의 정수압이 가해지는 경우 도 10과 같이 산정된다.
When the hydrostatic pressure in the full state is applied, it is calculated as shown in Fig. 7, and when the hydrostatic pressure in the ballast state is applied, as shown in Fig.

제3단계(S30)에서는 상기 제1단계(S10)에서 산정된 흘수정보(표 1에 나타낸 홀수)를 바탕으로 2가지 경우 즉, 만재상태와 발라스트상태에서의 동수압(Dynamic sea pressure)를 산정한다.In the third step S30, based on the draft information calculated in the first step S10 (the odd number shown in Table 1), the dynamic sea pressure is calculated in two cases, namely, the full state and the ballast state .

이때에도 만재상태의 경우 흘수는 17m이며, 발라스트상태에서의 흘수는 7.7m이다.At this time, the draft at the full condition is 17 m and the draft at the ballast condition is 7.7 m.

만재상태의 동수압이 가해지는 경우 도 8과 같이 산정되며, 발라스트상태에서의 동수압이 가해지는 경우 도 11과 같이 산정된다.When the hydrostatic pressure in full condition is applied, it is calculated as shown in Fig. 8, and when hydrostatic pressure in the ballast condition is applied, as shown in Fig.

이와 같이 제2단계(S20)와 제3단계(S30)의 정수압이나 동수압이 가해지는 선박의 각 부위별 하중성분 정보는 국제선급협회(International Association of Classification Society, IACS)에서 제시한 수압정보와 관련한 가이드라인을 참고로 하여 산정한다.
The load component information of each part of the ship to which the hydrostatic pressure or hydrostatic pressure is applied in the second step (S20) and the third step (S30) is related to the hydraulic pressure information provided by the International Association of Classification Society (IACS) Based on the guidelines.

제4단계(S40)에서는 정수압과 동수압의 선형합(Linear summation)으로 가해지는 전체 수압 분포를 계산하여 이를 도면화 한다.In the fourth step (S40), the total pressure distribution applied in a linear summation of hydrostatic pressure and hydrostatic pressure is calculated and detailed.

만재상태에서의 선형합 및 도면화의 결과는 도 9와 같이 표현되며, 발라스트상태에서의 선형합 및 도면화는 도 12와 같이 나타낼 수 있다.
The results of linear summation and detailing in the full state are expressed as shown in FIG. 9, and the linear sum and detail in the ballast state can be represented as FIG.

제5단계(S50)에서는 스웨즈막스급 이중선체 유조선의 초기결함을 산정하는 단계이다.In the fifth step (S50), the initial defects of the Suez Max-class double hull oil tanker are calculated.

이때 주로 초기처짐 및 용접으로 야기되는 초기잔류응력을 고려하는데 용접잔류응력은 공통구조규칙에서 종강도 해석의 경우 무시하므로, 본 실시예에서는 초기처짐의 영향만을 고려한다.In this case, the initial residual stress caused by the initial deflection and welding is considered, and the welding residual stress is neglected in the case of the longitudinal strength analysis in the common structure rule. Therefore, only the influence of the initial deflection is considered in this embodiment.

즉, 용접으로 인한 초기잔류응력의 경우 일반적으로 재료항복강도의 15%를 감소시킨 경우를 고려하는데, 선박의 최종 종강도 해석에 있어서는 이를 국제선급협회(IACS; International Association of Classification Society) 공통구조규칙 가이드라인에서 고려하지 않는다.In the case of the initial residual stresses due to welding, it is generally considered to reduce the yield strength of the material by 15%. In the analysis of the final longitudinal strength of the ship, it is required to comply with the International Society of Classification Societies (IACS) It is not considered in the guidelines.

상기 초기처짐은 판의 처짐 및 보강재의 웹(web) 처짐 그리고 컬럼타입(Column type) 처짐 및 사이드웨이타입(Sideways type) 처짐 등으로 구성되며, 이는 수학식 1과 같이 표현된다.The initial deflection consists of plate deflection, web deflection of the stiffener, column type deflection and sideways deflection, which is expressed as Equation (1).

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서 a는 횡프레임의 간격, b는 종보강재의 간격, hw는 보강재 높이, wopl은 판 초기처짐, wow는 보강재 웹 초기처짐, woc는 보강재의 칼럼타입 초기처짐, wos는 보강재의 사이드웨이 초기초짐이다.Where a is the spacing of the transverse frame, b is the longitudinal spacing of the reinforcing material, h w is a reinforcement height, w opl will plate the initial deflection, w ow the reinforcing web initial deflection, w oc is the column type initial deflection, w os is a reinforcing material of reinforcing material The side-by-side second is the foundation load.

상기 제5단계(S50)에서 고려된 초기처짐의 영향을 고려한 스웨즈막스급 이중선체 유조선을 도 2에서 나타내고 있으며, 갑판(Deck)부분을 확대하여 좀 더 명확히 초기처짐의 영향을 보여주고 있다.FIG. 2 shows a Suez-Max class double-hull oil tanker considering the influence of the initial deflection considered in the fifth step (S50). The deck portion is enlarged to show more clearly the effect of initial deflection.

상기 제5단계(S50)는 추후 선박의 해석에 있어서 실제 선박의 구조물과 같게 하기 위해서이다.The fifth step (S50) is for the purpose of making the structure of the actual ship in the later analysis of the ship.

제6단계(S60)에서는 선정된 선박 구조물의 주요 해석범위를 산정하는 작업이 수행된다.In the sixth step S60, an operation of calculating a main analysis range of the selected ship structure is performed.

주로 선박형 구조물의 최종 종강도 해석을 위해 적용되는 범위는 도 4에 도시된 6가지 모델로 구별할 수 있다.The range to be applied for the final longitudinal strength analysis of ship-type structures can be distinguished by the six models shown in FIG.

도 4a는 전선 모델을, 도 4b는 3 화물창(Cargo hold) 모델을, 도 4c는 2 화물창 모델을, 도 4d는 1 화물창 모델을, 도 4e는 2 베이 슬라이스드(2 bay sliced) 선체단면 모델을, 도 4f는 1 베이 슬라이스드(1 bay sliced) 선체단면 모델을 보여준다.4A is a view showing a cargo hold model, FIG. 4C is a 2-cargo hold model, FIG. 4D is a 1-cargo hold model and FIG. 4E is a 2-bay sliced hull section model And FIG. 4F shows a 1 bay sliced hull section model.

본 실시예에서는 컴퓨터의 해석 비용(분석 효율)과 시간을 줄이기 위해 도 4f에서 명시하고 있는 1 베이 슬라이스드(1 bay sliced) 선체단면 모델을 적용하여 해석을 수행한다.In this embodiment, an analysis is performed by applying a 1 bay sliced hull section model as shown in FIG. 4f to reduce computer analysis cost (analysis efficiency) and time.

여기서 베이(bay)란 1 화물 홀드를 구획하는 다수의 프레임에 의해 슬라이스된 섹션을 의미한다.
Here, a bay means a section sliced by a plurality of frames partitioning one cargo hold.

제7단계(S70)에서는 최종 종강도 해석을 위한 최적의 방법을 선정하고 해석 순서를 결정하게 된다.In the seventh step (S70), the optimal method for the final longitudinal strength analysis is selected and the analysis order is determined.

현재 존재하는 다양한 최종 종강도 해석법에 대한 비교작업을 수행하고, 이때 도 5의 최종 종강도 거동 및 도 6에 나타낸 해당 선박 구조물의 중립축(Neutral axis) 변화 또한 함께 비교분석한다.The final longitudinal strength analysis of FIG. 5 and the neutral axis of the ship structure shown in FIG. 6 are also compared and analyzed.

분석작업으로 실험결과(Tested result by Dow)를 기반으로 비선형유한요소법 (Nonlinear finite element method, NLFEM, 본 실시예에서는 ANSYS 시뮬레이션 코드사용), 대형유한요소법(Intelligent supersize finite element method, ISFEM, 본 실시예에서는 ALPS/HULL 시뮬레이션 코드사용), 이상화구조요소법(Idealized structural unit method, ISUM, 본 실시예에서는 CSR 방법 사용), 설계공식법(Modified Paik-Mansour formula method) 및 단순보 이론법(Simple bean theory method)을 통해 가장 효율적인 해석 방법을 찾는다.Based on the experimental results (Test result by Dow), nonlinear finite element method (NLFEM, in this embodiment, using ANSYS simulation code), large finite element method (ISFEM, , The idealized structural unit method (ISUM), the CSR method in this embodiment), the modified Paik-Mansour formula method, and the simple bean theory method (using the ALPS / HULL simulation code) ) To find the most efficient interpretation method.

본 실시예에서는 그 중에서도 가장 정밀한 해를 도출해주는 비선형유한요소법(NFLEM)을 통해 해석을 수행한다.In this embodiment, the analysis is carried out through the nonlinear finite element method (NFLEM), which provides the finest solution.

또한, 해석 순서를 결정하는 방법으로는 첫째 구조물에 수압을 먼저 가하여 선행 해석을 수행하고 이를 기하학 갱신 방법을 통해 수압으로 인한 변형이 가해진 구조물에 2차적으로 수직 굽힘 모멘트를 가하여 해석을 수행하는 방법과, 둘째 수압 및 수직 굽힘 모멘트를 동시에 가하여 해석을 수행하는 방법이 있다.As a method of determining the analytical order, there is a method of performing a preliminary analysis by applying hydraulic pressure first to the first structure, performing an analysis by applying a second vertical bending moment to the structure deformed by hydraulic pressure through a geometric update method , And second, applying the hydraulic and vertical bending moments at the same time.

본 실시예에서는 수압과 2가지 종류의 수직 굽힘 모멘트(호깅모멘트 혹은 새깅모멘트)를 동시에 선박 구조물에 가하여 해석을 수행한다.
In this embodiment, hydraulic pressure and two kinds of vertical bending moments (hogging moment or sagging moment) are simultaneously applied to the ship structure to perform analysis.

이에 따라 제8단계(S80)에서는 수압과 2가지 종류의 수직 굽힘 모멘트(호깅모멘트 새깅모멘트)를 동시에 선박 구조물에 가하여 호깅(hogging) 및 새깅(sagging)하중하에서 상기 초기결합을 고려해서 비선형유한요소법(NFLEM)을 통해 최종 종강도 해석을 수행하게 되며, 이 결과는 곡률(가로축)과 최종 종강도 성능(세로축)의 관계로 표현하는 작업 즉, 다이어그램을 도출한다.Accordingly, in step S80, hydraulic pressure and two kinds of vertical bending moments (hogging moment sagging moment) are applied to the ship structure at the same time, and the hogging and sagging loads are applied, (NFLEM). The result of the analysis is derived from the relationship between the curvature (transverse axis) and the final longitudinal strength (longitudinal axis).

이때 해석 수행에 있어 유의할 점은 도 3에서와 같이 최종 종강도 해석에 있어 양쪽 끝단의 평면(plane)은 해당 면이 가해지는 수직 굽힘 모멘트로 인해 회전함에 따라 중립축(NA)을 중심으로 그 평면을 유지하며 함께 회전 거동한다는 것이다.As shown in FIG. 3, in the analysis of the final longitudinal strength, planes at both ends are rotated about the neutral axis (NA) due to the vertical bending moment applied to the plane, And rotate together.

또한, 양쪽 끝단의 노드들은 다중점 구속(MPC: Multi-Point Constraint) 기법을 통해 해당 구조물의 중립축(Neutral axis)에 위치한 한 노드에 수직 굽힘 모멘트를 가할 노드를 생성시키고 해석을 수행한다.In addition, the nodes at both ends generate a node to apply the vertical bending moment to a node located on the neutral axis of the structure through Multi-Point Constraint (MPC) and perform analysis.

이를 통해 도 13과 같은 발라스트상태시 최종 종강도 해석결과를 얻을 수 있다.As a result, the final longitudinal strength analysis results in the ballast state as shown in FIG. 13 can be obtained.

상기 다중점 구속 기법은 물체의 거동이 주위에 고정 혹은 움직이는 다른 물체와 구속관계가 있는 문제를 유한요소해석(finite element analysis)으로 시뮬레이션하기 위해 필요한 수치 기법이다.
The multi-point constraint technique is a numerical technique that is used to simulate a finite element analysis of a problem where the behavior of an object is constrained to other objects that are fixed or moving around.

마지막으로 제9단계(S90)에서는 수압의 영향을 고려해 수행된 스웨즈막스급 이중선체 유조선의 최종 종강도 성능이, 가해지는 외력 대비 안전한지 여부를 평가한다.Finally, in the ninth step (S90), it is evaluated whether or not the final longitudinal strength performance of the Suez-Marx class double hull oil tanker carried out considering the influence of hydraulic pressure is safe as compared with the external force applied.

가해지는 외력은 아래의 표 3과 같이 정수(still water)중 굽힘 모멘트(Ms)와 파랑(wave induced)중 굽힘 모멘트(Mw)의 합(Mt)으로 산정되며, 호깅 및 새깅시로 나타낸다.The external force applied is calculated as the sum of the bending moments (Ms) and the wave induced bending moments (Mt) in the still water as shown in Table 3 below, and is expressed in hogging and sagging.

Figure pat00005
Figure pat00005

이를 통해 표 4 및 표 5와 같은 안전도(Safety factor)를 얻을 수 있다.As a result, the safety factors shown in Tables 4 and 5 can be obtained.

Figure pat00006
Figure pat00006

표 4는 만재상태에서 비선형유한요소법(NFLEM)에 의해 얻은 수압 외력의 유무에 따른 최종 종강도와 안전도를 나타낸 표이다.Table 4 shows the final longitudinal strength and the degree of safety according to the existence of hydraulic external force obtained by nonlinear finite element method (NFLEM) under full load condition.

여기서 수압외력 칸에 있는 ( )의 값은 디자인 외력에서 최종 종강도 비율로서 안전도를 나타내고, < >의 값은 단순 굽힘 상태에서 최종 종강도의 변동계수(fluctuation factor)를 나타낸다.Here, the value of () in the hydraulic external column indicates the safety factor as the final longitudinal strength ratio in the design external force, and the value of <> indicates the fluctuation factor of the final longitudinal strength in the simple bending state.

Figure pat00007
Figure pat00007

표 5는 발라스트상태에서 비선형유한요소법(NFLEM)에 의해 얻은 수압 외력의 유무에 따른 최종 종강도와 안전도를 나타낸 표이다.Table 5 is a table showing the final strength and safety according to the presence or absence of hydraulic external force obtained by the nonlinear finite element method (NFLEM) in the ballast state.

여기서 수압외력 칸에 있는 ( )의 값은 디자인 외력에서 최종 종강도 비율로서 안전도를 나타내고, < >의 값은 단순 굽힘 상태에서 최종 종강도의 변동계수(fluctuation factor)를 나타낸다.
Here, the value of () in the hydraulic external column indicates the safety factor as the final longitudinal strength ratio in the design external force, and the value of <> indicates the fluctuation factor of the final longitudinal strength in the simple bending state.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

Claims (12)

(a) 선박의 주요치수 및 제원으로부터 만재상태와 발라스트상태의 흘수를 산정하는 단계;
(b) 상기 흘수를 바탕으로 만재상태와 발라스트상태에서의 정수압과 파랑하중에 의한 동수압을 산정하는 단계;
(c) 상기 정수압과 동수압을 바탕으로 이를 선형합(Linear summation)하여 전체 수압 분포를 계산하는 단계;
(d) 상기 선박의 초기결함을 산정하는 단계;
(e) 상기 전체 수압 분포에 따른 선박의 최종 종강도 해석을 위한 최적의 해석법과 해석 순서를 결정하는 단계; 및
(f) 상기 결정된 해석 순서에 따라 선박에 수압과 수직 굽힘 모멘트를 가하여 상기 결정된 최적의 해석법으로 상기 산정된 초기결함을 고려해서 최종 종강도를 해석하고, 가로축은 곡률, 세로축은 최종 굽힘 모멘트의 관계로 다이어그램을 도출하는 단계; 를 포함하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
(a) calculating the draft and ballast condition drafts from the ship's main dimensions and specifications;
(b) calculating the hydrostatic pressure due to the hydrostatic pressure and the wave load in the full state and the ballast state based on the draft;
(c) calculating a total water pressure distribution by linear summation of the hydrostatic pressure and the hydrostatic pressure;
(d) calculating an initial defect of the ship;
(e) determining an optimal analysis method and an analysis sequence for analyzing the final longitudinal strength of the ship according to the total water pressure distribution; And
(f) The hydrostatic pressure and the vertical bending moment are applied to the ship in accordance with the determined analytical procedure, and the final longitudinal strength is analyzed in consideration of the calculated initial defects by the determined optimal analysis method. The abscissa is the curvature, and the ordinate is the relation of the final bending moment The method comprising: Analysis of Longitudinal Strength of Ship Considering Water Pressure.
제1항에 있어서,
상기 (b)단계에서 선박의 각 부위별 정수압 및 동수압은 국제선급협회(IACS)에서 제시한 수압정보와 관련한 가이드라인 것을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrostatic pressure and hydrostatic pressure of each part of the ship in the step (b) are guidelines related to the hydraulic pressure information provided by the International Classification Society (IACS).
제1항에 있어서,
상기 (d)단계에서 초기결함은 초기처짐인 것을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
The method according to claim 1,
Wherein the initial defects in the step (d) are initial deflections.
제3항에 있어서,
상기 초기처짐의 산정은 판과 보강재에 대해 적용됨을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
The method of claim 3,
Wherein said initial deflection is calculated for plates and stiffeners.
제4항에 있어서,
상기 초기처짐은 수학식
Figure pat00008
에 의해 산정되는 것을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
여기서 a는 횡프레임의 간격, b는 종보강재의 간격, hw는 보강재 높이, wopl은 판 초기처짐, wow는 보강재 웹(Web) 초기처짐, woc는 보강재의 칼럼타입 초기처짐, wos는 보강재의 사이드웨이 초기초짐이다.
5. The method of claim 4,
The initial deflection is given by the following equation
Figure pat00008
Of the longitudinal strength of the ship in consideration of the hydraulic pressure.
Where a is the spacing of transverse frames, b is the spacing of longitudinal stiffeners, h w is the height of the stiffener, w opl is the plate initial deflection, w ow is the initial deflection of the stiffener web, w oc is the column initial deflection of the stiffener, os is the sideways shear foundation load of the stiffener.
제1항에 있어서,
상기 (e)단계에서 해석 순서를 결정하는 방법은 선박에 수압을 1차적으로 가하여 선행 해석을 수행한 후 이를 기하학 갱신 방법을 통해 수압으로 인한 변형이 가해진 선박에 2차적으로 수직 굽힘 모멘트를 가하여 해석을 수행하는 방법과, 수압과 수직 굽힘 모멘트(호깅모멘트 혹은 새깅모멘트)를 동시에 선박에 가하여 해석을 수행하는 방법 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
The method according to claim 1,
In the step (e), the analytical procedure is determined by applying a hydraulic pressure to the ship first, performing a preliminary analysis, and then applying a second vertical bending moment to the ship subjected to the deformation due to hydraulic pressure through the geometric update method And a method of performing the analysis by applying the hydraulic pressure and the vertical bending moment (hogging moment or sagging moment) to the ship at the same time, which is a method of analyzing the longitudinal strength of the ship in consideration of hydraulic pressure.
제1항에 있어서,
상기 (f)단계에서 선박의 모델로 전선 모델, 3 화물창(Cargo hold) 모델, 2 화물창 모델, 1 화물창 모델, 2 베이 슬라이스드(2 bay sliced) 선체단면 모델 또는 1 베이 슬라이스드(1 bay sliced) 선체단면 모델 중 어느 하나의 모델을 적용하여 최종 종강도를 해석하는 것을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
The method according to claim 1,
In the step (f), the model of the ship may be a wire model, a cargo hold model, a 2-cargo hold model, a 1-cargo hold model, a 2-bay sliced hull section model or a 1-bay sliced ) The longitudinal strength is analyzed by applying any one of the cross-sectional models of the ship.
제1항에 있어서,
상기 (f)단계에서 최종 종강도 해석은 비선형유한요소법(onlinear Finite Element Method, NLFEM)을 이용하는 것을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
The method according to claim 1,
The final longitudinal strength analysis in the step (f) is performed by using an onlinear finite element method (NLFEM).
제1항에 있어서,
상기 (f)단계에서 최종 종강도 해석에 있어 선박 양쪽 끝단의 평면은 해당 평면이 가해지는 수직 굽힘 모멘트로 인해 중립축을 중심으로 회전함에 따라 평면상태를 유지하며 함께 회전 거동함을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
The method according to claim 1,
In the analysis of the final longitudinal strength in the step (f), the planes at both ends of the ship are maintained in a planar state as they rotate around the neutral axis due to the vertical bending moment applied to the plane, and the water pressure Analysis of Longitudinal Strength of Ship Considered.
제9항에 있어서,
상기 선박 양쪽 끝단의 노드들은 다중점 구속(MPC: Multi-Point Constraint) 기법을 통해 선박의 중립축에 위치한 한 노드에 수직 굽힘 모멘트를 가할 노드를 생성시키고 해석을 수행하는 것을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
10. The method of claim 9,
Wherein the nodes at both ends of the ship generate a node to which a vertical bending moment is to be applied to a node located on a neutral axis of a ship through a multi-point constraint (MPC) technique and perform an analysis. Analysis of Longitudinal Strength of.
제1항에 있어서,
상기 (f)단계에서 선박에 수압과 2가지 종류(호깅모멘트 혹은 새깅모멘트)의 수직 굽힘 모멘트를 동시에 가하여 최종 종강도 해석을 수행하는 것을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
The method according to claim 1,
Wherein the final longitudinal strength analysis is performed by simultaneously applying a hydraulic pressure to the ship and a vertical bending moment of two kinds (hogging moment or sagging moment) at the step (f).
제1항에 있어서,
(g) 상기 (f)단계에 의해 분석된 최종 종강도의 성능이, 가해지는 외력 대비 안전한지 여부를 평가하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 수압을 고려한 선박의 종강도 해석법.
The method according to claim 1,
(g) evaluating whether or not the performance of the final longitudinal strength analyzed by the step (f) is safe as compared with the external force applied.
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