컨테이너선의 2세대 복원성 과도가속도 모드와 데드쉽 상태에 관한 직접 안정성 평가 연구 = Direct Stability Assessment of Container Ships Considering Excessive Acceleration and Dead Ship Conditions under Second Generation Intact Stability Criteria

국문 초록 (Abstract)

선박 복원성은 모든 종류의 선박에 있어 필수적인 안전 요구 조건이다. 그러나 현행 복원성 기준을 만족하는 선박에서도 파랑 중 동적 복원성(dynamic stability) 문제로 인한 사고가 지속적으로 보고되면서, 기존 복원성 평가 체계의 한계가 지적되어 왔다. 이에 국제해사기구(International Maritime Organization)는 IMO Interim Guidelines(2020)을 통해 순수복원성 상실(pure loss of stability), 파 라메트릭 롤(prametric roll), 서프라이딩(surf-riding), 과도한 복원 가속(excessive accelerations)데드쉽 (dead ship condition), 과도가속도, 의 다섯 가지 주요 실패 모드를 정의하고, 이를 고려한 2세대 복원성 기준(Second Generation Intact Stability Criteria)과 단계적인 복원성 평가 체계를 제시하였다. 이에 본 연구는 IMO 2세대 복원성 가이드라인에 기반하여 계열화된 컨테이너선을 대상으로 직접 안정성 평가(Direct Stability Assessment)를 수행하고, 과도가속도 실패 모드와 데드쉽 상태에 따른 안정성 평가 결과의 특성을 분석하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 DSA 수치해석 모델을 활용하여 단일 컨테이너선과 계열화된 컨테이너선을 대상으로 과도가속도 실패 모드에 대한 설계 상황에서의 결정론적 평가와 확률론적 평가를 수행하고, 선박의 취약성 평가 결과와 계산 효율성을 비교·분석하였다. 또한 데드쉽 상태에서 풍하중이 복원성 응답에 미치는 영향을 검토하고, 컨테이너선의 규모 및 적재조건 변화에 따른 안정성 평가 결과의 경향을 체계적으로 분석하였다.
수치해석 모델은 모형 실험 결과와의 비교를 통해 검증되었으며, 단일 컨테이너선에 대한 직접 안정성 평가 결과 결정론적 평가는 확률론적 평가에 비해 전반적으로 보수적인 경향을 나타내는 것으로 확인되었다. 반면 계산 효율성 측면에서는 확률론적 평가가 결정론적 평가 대비 약 2.7배 높은 효율성을 보였다. 과도가속도 실패 모드와 데드쉽 상태를 비교한 결과, 풍하중이 고려될 경우 최대 횡동요 응답의 평균값이 증가하여 데드쉽 상태에서 복원 안정성이 더욱 취약하게 평가됨을 확인하였다. 본 연구는 과도가속도 실패 모드와 데드쉽 상태에 따른 직접 안정성 평가 결과와 평가 방법 간의 차이를 비교·분석하여, 컨테이너선 복원성 평가 시 고려해야 할 주요 특성을 정리하였다. 이러한 분석 결과는 IMO 2세대 복원성 기준을 컨테이너선에 적용하고 해석하는 과정에서 참고 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ship stability is a fundamental safety requirement for all types of ships. However, despite compliance with existing intact stability criteria, accidents related to dynamic stability in waves have continued to be reported, highlighting the limitations of conventional stability assessment frameworks. In response, the International Maritime Organization (IMO), through the Interim Guidelines (2020), defined five stability failure modes—pure loss of stability, parametric roll, surf-riding and broaching, excessive acceleration, and dead ship condition—and introduced the Second-Generation Intact Stability Criteria (SGISC) with a stepwise stability assessment framework.
The objective of this study is to perform Direct Stability Assessment (DSA) for a series of container ships based on the IMO second generation intact stability guidelines and to analyze the characteristics of stability assessment results for the excessive acceleration failure mode and the dead ship condition. To this end, a DSA numerical analysis model was employed to conduct deterministic and probabilistic assessments under design situations for the excessive acceleration failure mode, considering both a single container ship and a series of container ships. The vulnerability assessment results and computational efficiency of each assessment method were compared and analyzed. In addition, the influence of wind loads on stability responses under the dead ship condition was investigated, and the trends of stability assessment results with respect to variations in ship size and loading conditions were systematically examined.
The numerical analysis model was validated through comparison with model test results. The results for the single container ship indicate that deterministic assessment generally provides more conservative stability evaluations than probabilistic assessment. In contrast, probabilistic assessment exhibited approximately 2.7 times higher computational efficiency compared to deterministic assessment. A comparison between the excessive acceleration failure mode and the dead ship condition revealed that, when wind loads are considered, the mean value of the maximum roll response increases, leading to a more vulnerable stability evaluation under the dead ship condition.
Through comparative analysis of assessment results and methodologies for the excessive acceleration failure mode and the dead ship condition, this study summarizes key characteristics that should be considered in container ship stability assessment. The findings are expected to serve as useful reference material for the application and interpretation of the IMO second generation intact stability criteria for container ships.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 선행 연구 3
• 1.3 연구 목표 및 연구 내용 6
• 제 2 장 수치해석 방법 8
• 2.1 수치해석 방법 8
• 2.2 직접 안정성 평가 방법 26
• 제 3 장 단일 컨테이너선의 과도가속도 모드와 데드쉽 상태에 관한 직접 안정성 평가 44
• 3.1 대상 선박 44
• 3.1 결정론적 평가 기준의 직접 안정성 평가 48
• 3.2 확률론적 평가 기준의 직접 안정성 평가 62
• 제 4 장 계열화된 컨테이너선의 과도가속도 모드에 관한 직접 안정성 평가 70
• 4.1 계열화된 컨테이너선의 제원 70
• 4.2 과도가속도 모드에 관한 직접 안정성 평가 72
• 4.3 다양한 적재조건에 따른 직접 안정성 평가 76
• 제 5 장 결론 및 향후 연구 방향 81
• 5.1 결론 81
• 5.2 한계점 및 향후 연구 방향 83
• 참고 문헌 84
• Abstract 88