KR20230060886A - 구조물 평가방법 - Google Patents
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Abstract
구조물 평가방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 구조물 평가방법은, 구조물에 대한 제1 해석모델을 생성하는 단계, 상기 구조물에 대한 결함을 측정하고 상기 제1 해석모델에 결함을 반영하여 제2 해석모델을 생성하는 단계, 상기 제2 해석모델에 상기 구조물에 수행된 가공작업을 반영한 조건을 설정하여 잔류응력을 계산하는 단계 및 상기 잔류응력을 반영하여 상기 구조물에 대한 파괴 평가를 수행하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 구조물 평가방법에 관한 것이다.
선박에는 여러 구조물들이 설치된다. 구조물에 손상 및 노후화로 인한 사고 등을 막기 위하여 구조물의 안전성을 진단하는 기술이 요구된다.
종래에는 BS 7910 code의 수식 기반으로 한 구조건전성평가 (ECA, Engineering critical assessment) 시스템이 사용되었다.
그런데 종래의 구조건전성평가는 구조물 표면의 잔류응력을 보수적으로 적용하여 평가하므로 실제보다 보수의 필요성을 크게 평가하여 잦은 보수로 인한 비용 및 시간이 크게 소모되는 문제가 있다.
본 발명은, 구조물의 건전성을 지나치게 보수적으로 평가하여 발생하는 잦은 보수를 방지하는 구조물 평가방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 구조물에 대한 제1 해석모델을 생성하는 단계, 상기 구조물에 대한 결함을 측정하고 상기 제1 해석모델에 결함을 반영하여 제2 해석모델을 생성하는 단계, 상기 제2 해석모델에 상기 구조물에 수행된 가공작업을 반영한 조건을 설정하여 잔류응력을 계산하는 단계 및 상기 잔류응력을 반영하여 상기 구조물에 대한 파괴 평가를 수행하는 단계를 포함하는 구조물 평가방법이 제공된다.
이 때, 상기 가공작업은 상기 구조물에 대한 용접, 냉각 및 절단 작업을 포함하고, 상기 잔류응력을 계산하는 단계는 상기 제2 해석모델에 상기 용접, 상기 냉각 및 상기 절단 중 어느 하나에 의한 부하 조건을 설정하여 상기 제2 해석모델로 잔류 응력을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 파괴평가를 수행하는 단계는, 상기 잔류 응력이 계산된 상기 제2 해석모델에서 J-적분을 수행하는 단계 및 J-적분 값을 응력확대계수로 변환하여 BS 7910 기반 파괴곡선평가를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구조물에 대한 가공작업에 의한 잔류응력 재분포를 반영하여 구조물에 대한 파괴 평가를 현실적으로 수행할 수 있어서, 지나치게 보수적으로 파괴 가능성이 높게 평가되어 발생하는 잦은 보수를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 평가방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 평가방법에서 결함을 반영하여 제2 해석모델을 예시하는 도면.
도 3은 가공작업에 의한 잔류응력 변화를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 평가방법에서 결함을 반영하여 제2 해석모델을 예시하는 도면.
도 3은 가공작업에 의한 잔류응력 변화를 나타낸 도면.
이하, 본 발명에 따른 구조물 평가방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 평가방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 평가방법은, 제1 해석모델을 생성하는 단계(S110), 제2 해석모델을 생성하는 단계(S120), 잔류응력을 계산하는 단계(S130) 및 파괴평가를 수행하는 단계(S140)를 포함한다.
제1 해석모델을 생성하는 단계(S110)에서는, 건전성을 평가할 구조물에 대한 제1 해석모델을 생성한다.
제1 해석모델은 구조물의 응력에 대한 유한요소해석을 수행할 대상으로, 구조물의 형상 및 재질에 대한 정보를 가질 수 있다. 본 실시예에서는 구조물의 CAD 정보를 데이터베이스 등으로부터 입수하여 제1 해석모델을 구성할 수 있다.
제2 해석모델을 생성하는 단계(S120)에서는, 구조물에 형성된 결함을 해석모델에 반영하여 수정한다. 구체적으로, 구조물에 대한 결함을 측정한 후에, 제1 해석모델에 결함에 대한 정보를 반영하여 제2 해석모델을 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 평가방법에서 결함을 반영하여 제2 해석모델을 예시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에서는 구조물의 결함(110)을 방사형 요소(Spider web)로 구성하여 제2 해석모델(100)에 반영할 수 있다. 제2 해석모델(100)에서 결함(110)이 방사형 요소로 구성되면, 결함(110)의 가장자리에서 경로에 따라 J-적분이 가능하게 될 수 있다.
잔류응력을 계산하는 단계(S130)에서는, 제2 해석모델에 구조물에 수행된 가공작업을 반영한 조건을 설정하여 잔류응력을 계산한다. 실제 구조물에서 구조물을 구성하는 원자재에는 다양한 가공작업이 이루어지고 이러한 가공작업으로 인하여 구조물의 잔류응력은 원자재 상태와는 다르게 재분포될 수 있다.
이 때, 가공작업은 구조물에 대한 용접, 냉각 및 절단 작업을 포함할 수 있다.
도 3은 가공작업에 의한 잔류응력 변화를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 구조물에 대하여 용접, 냉각 및 절단 등의 작업이 이루어지면, 항복응력 수준의 잔류응력이 재분포 되면서 작업 이전보다 낮은 수준의 응력이 발생될 수 있다. 따라서, 낮게 재분포된 잔류응력을 반영하여 구조물의 건전성을 평가하면 불필요한 보수를 방지할 수 있다.
구체적으로, 제2 해석모델에 용접, 냉각 및 절단 중 어느 하나에 의한 부하 조건을 설정하여, 제2 해석모델로 잔류 응력을 계산할 수 있다. 예를 들어, 절단에 의한 부하 조건은, 제2 해석모델에 구조물에 대한 톱 절단 또는 가스 절단이 이루어질 때의 부하 조건을 넣어서, 절단 이후에 재분포 된 잔류응력을 계산할 수 있다.
파괴평가를 수행하는 단계(S140)에서는, 재분포 된 잔류응력을 반영하여 구조물에 대한 파괴 평가를 수행한다.
구조물의 결함과 더불어 가공작업으로 인한 구조물의 잔류응력 재분포를 반영한 제2 해석모델에 대한 해석결과를 이용하여, 구조물의 건전성 및 보수 필요성을 평가할 수 있다.
본 실시예에서는, 잔류 응력이 계산된 제2 해석모델에서 J-적분(Integral)을 수행하는 J-적분 값을 구할 수 있다. J-적분 값은 탄소성 변형 거동을 나타내는 재료(탄소성 재료 또는 연성재료)의 파괴 특성을 평가하기 위한 파라미터이다.
J-적분 값은 응력확대계수로 변환될 수 있으며, 응력확대계수를 통하여 BS 7910 기반한 파괴곡선 평가를 수행할 수 있다. 응력확대계수를 통한 BS 7910 기반한 파괴곡선 평가는 보수성을 평가하는 척도이다.
따라서, 본 발명에 따르면 구조물에 대한 가공작업에 의한 잔류응력 재분포를 반영하여 구조물에 대한 파괴 평가를 현실적으로 수행할 수 있어서, 지나치게 보수적으로 파괴 가능성이 높게 평가되어 발생하는 잦은 보수를 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
Claims (3)
- 구조물에 대한 제1 해석모델을 생성하는 단계;
상기 구조물에 대한 결함을 측정하고, 상기 제1 해석모델에 결함을 반영하여 제2 해석모델을 생성하는 단계;
상기 제2 해석모델에, 상기 구조물에 수행된 가공작업을 반영한 조건을 설정하여 잔류응력을 계산하는 단계; 및
상기 잔류응력을 반영하여 상기 구조물에 대한 파괴 평가를 수행하는 단계를 포함하는 구조물 평가방법.
- 제1항에 있어서,
상기 가공작업은, 상기 구조물에 대한 용접, 냉각 및 절단 작업을 포함하고,
상기 잔류응력을 계산하는 단계는,
상기 제2 해석모델에 상기 용접, 상기 냉각 및 상기 절단 중 어느 하나에 의한 부하 조건을 설정하여, 상기 제2 해석모델로 잔류 응력을 계산하는 단계를 포함하는 구조물 평가방법.
- 제2항에 있어서,
상기 파괴평가를 수행하는 단계는,
상기 잔류 응력이 계산된 상기 제2 해석모델에서 J-적분을 수행하는 단계; 및
J-적분 값을 응력확대계수로 변환하여 BS 7910 기반 파괴곡선평가를 수행하는 단계를 포함하는 구조물 평가방법.
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2021
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