폭발하중 이력 특성에 따른 판 구조물의 동적응답 평가 - Part A: 폭발하중 특징 및 재하속도의 영향 분석 -

강기엽,최광호,류용희,최재웅,이제명,Kang, Ki-Yeob,Choi, Kwang-Ho,Ryu, YongHee,Choi, JaeWoong,Lee, Jae-Myung 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.2

가스 생산용 해양플랜트 설비에서 발생할 수 있는 폭발사고의 경우, 구조 시스템의 기하학적 특성이나, 바람, 가스 누출율 등과 같은 환경적 조건에 의해 피해 규모의 범위가 상당하다. 따라서 폭발파에 의한 구조 부재의 응답을 분석하기 위해서는 이러한 조건들을 고려한 가스폭발 수치해석 과정이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 FPSO 탑사이드의 형상 및 장비 배치와 같은 세부적인 부분까지 고려하여 폭발해석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 획득한 하중 이력들의 특성을 분석하였다. 또한 다양한 형태로 나타나는 폭발하중 이력들 중 구조물 손상에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 최대 압력과 지속시간들을 고려하여 유한요소해석 시 하중조건으로 적용한 후, 부재의 응답특성에 관한 분석을 수행하였다. 유한요소해석 모델은 실제 구조물에 적용이 가능하고, 복잡한 형상을 이상화한 단 자유도 및 다 자유도 모델을 사용하였다. 정 압력 및 부 압력단계의 최대 압력이 증가함에 따라 구조 부재의 최대 응답이 증가하였고, 부 압단계에서 하중 지속시간이 증가함에 따라 구조물의 최대 변위가 증가는 경향을 보였다. The gas explosions in offshore installations are known to be very severe according to its geometry and environmental conditions such as leak locations and wind directions, and a dynamic response of structures due to blast loads depends on the load profile. Therefore, a parametric study has to be conducted to investigate the effects of the dynamic response of structural members subjected to various types of load shapes. To do so, a series of CFD analyses was performed using a full-scale FPSO topside model including detail parts of pipes and equipments, and the time history data of the blast loads at monitor points and panels were obtained by the analyses. In this paper, we focus on a structural dynamic response subjected to blast loads changing the magnitude of positive/negative phase pressure and time duration. From the results of linear/nonlinear transient analyses using single degree of freedom(SDOF) and multi-degree-of freedom(MDOF) systems, it was observed that dynamic responses of structures were significantly influenced by the magnitude of positive and negative phase pressures and negative time duration.

Explosion induced dynamic responses of blast wall on FPSO topside: Blast loading application methods

강기엽,최광호,최재웅,류용희,이제명 대한조선학회 2017 International Journal of Naval Architecture and Oc Vol.9 No.2

Topside areas on an offshore oil and gas platform are highly susceptible to explosion. A blast wall on these areas plays an important role in preventing explosion damage and must withstand the expected explosion loads. The uniformly distributed loading condition, predicted by Explosion Risk Analyses (ERAs), has been applied in most of the previous analysis methods. However, analysis methods related to load conditions are inaccurate because the blast overpressure around the wall tends to be of low-level in the open area and high-level in the enclosed area. The main objectives of this paper are to study the effects of applying different load applications and compare the dynamic responses of the blast wall. To do so, various kinds of blast pressures were measured by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations on the target area. Nonlinear finite element analyses of the blast wall under two types of identified dynamic loadings were also conducted.

폭발하중 이력 특성에 따른 판 구조물의 동적응답 평가 - Part B: 고유주기에 따른 폭발하중 지속시간의 영향 분석 -

강기엽,최광호,류용희,최재웅,이제명,Kang, Ki-Yeob,Choi, Kwang-Ho,Ryu, YongHee,Choi, JaeWoong,Lee, Jae-Myung 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.2

가스 생산용 해양플랜트 설비의 경우 폭발의 위험에 노출되어 있으며, 폭발사고는 구조물의 안전성에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 폭발사고에 의한 피해를 최소화하기 위해서는, 폭발하중에 의한 구조부재의 동적응답 특성을 명확히 파악할 필요가 있다. 폭발하중의 경우 매우 짧은 시간 동안에 구조물에 가격되었다가 소멸되기 때문에 구조부재의 고유주기 및 폭발하중의 지속시간을 고려한 동적응답 평가가 필수적으로 요구된다. 일반적으로 가스 폭발하중의 경우, 부 압력단계가 전체 하중 이력에서 상당 부분 존재하며, 본 연구에서는 이러한 부 압력단계의 형상에 따라 총 하중 지속시간을 결정하는 하중 모델을 제안하였다. 방화벽은 폭발사고 시 장비 및 인명 피해를 방지하고자 FPSO 탑사이드 모듈 사이에 배치되는 구조부재이므로 폭발하중에 의한 응답이력 특성 분석이 반드시 필요하다. 때문에 무 감쇠 단 자유도 모델에 가스 폭발하중을 적용하여 변위응답 특성을 분석하였으며, 평판으로 구성된 방화벽의 FE 모델을 이용한 하중 지속시간과 구조부재들의 고유주기를 고려한 응답 특성을 분석하였다. LS-DYNA를 이용한 선형/비선형 구조해석 분석결과, 부 압력단계의 지속시간이 구조물의 동적응답에 큰 영향을 주는 것을 보였다. Offshore structures for the gas production are exposed to the risk of gas leaks, and gas explosions can result in fatal damages to the primary structures as well as secondary structures. To minimize the damage from the critical accidents, the study of the dynamic response of structural members subjected to blast loads must be conducted. Furthermore, structural dynamic analysis has to be performed considering relationships between the natural frequency of structural members and time duration of the explosion loading because the explosion pressure tends to increase and dissipate within an extremely short time. In this paper, the numerical model based on time history data were proposed considering the negative phase pressure in which considerable negative phase pressures were observed in CFD analyses of gas explosions. The undamped single degree of freedom(SDOF) model was used to characterize the dynamic response under the blast loading. A blast wall of FPSO topside was considered as an essential structure in which the wall prevents explosion pressures from the process area to utility and working areas. From linear/nonlinear transient analyses using LS-DYNA, it was observed that dynamic responses of structures were influenced by significantly the negative time duration.

접착제 접합 이음부 접합강도 평가에 대한 실험적 연구

강기엽,이제명,Kang, Ki-Yeob,Lee, Jae-Myung 대한용접접합학회 2012 대한용접·접합학회지 Vol.30 No.6

In this study, the bonding strengths of adhesively bonded joints are experimentally investigated. A series of lap-shear tests are conducted using single lap type adhesive joints. In order to analyse the joint fabrication factors that affected the bonding strength, the parametric tests are conducted with various thickness of adhesive, surface roughness and fillet of adhesive. In addition, for the comparative study with the welded joint, lap-shear tests using specimens with 2 welded sides and 4 welded sides are also carried out. The quantitative results of the strength analysis are summarized, and some proposals are made on setting up testing standards for adhesively bonded joints.

해양플랜트 Topside 방화벽에 폭발압의 부압구간이 미치는 영향

강기엽,최광호,류용희,최재웅,이제명,Kang, Ki-Yeob,Choi, Kwang-Ho,Ryu, Yong-Hee,Choi, Jae-Woong,Lee, Jae-Myung 한국전산구조공학회 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.4

As a gas explosion is the most fatal accident in shipbuilding and offshore plant industries, all safety critical elements on the topside of offshore platforms should retain their integrity against blast pressure. Even though many efforts have been devoted to develop blast-resistant design methods in the offshore engineering field, there still remain several issues needed to be carefully investigated. From a procedure for calculation of explosion design pressure, impulse of a design pressure model having completely positive side only is determined by the absolute area of each obtained transient pressure response through the CFD analysis. The negative pressure phase in a general gas explosion, however, is often quite considerable unlike gaseous detonation or TNT explosion. The main objective of this study is to thoroughly examine the effect of the negative pressure phase on structural behavior. A blast wall for specific FPSO topside is selected to analyze structural response under the blast pressure. Because the blast wall is considered an essential structure for blast-resistant design. Pressure time history data were obtained by explosion simulations using FLACS, and the nonlinear transient finite element analyses were performed using LS-DYNA. 가스폭발은 해양플랜트 산업에서 발생할 수 있는 치명적인 사고 중 하나이며, 탑사이드 플랫폼은 폭발압력에 따른 구조 건전성을 확보해야만 한다. 따라서, 해양플랜트 분야에서는 이러한 폭발사고에 대비한 방폭설계에 관한 많은 연구가 수행되었지만, 여전히 추가적으로 세밀한 분석이 더 필요한 실정이다. 폭발 설계하중 계산과정에서 도출된 충격량은 CFD 해석결과로 계측된 폭발 압력 응답에서의 곡선 아래 면적의 절대 값에 의해 결정되어 진다. 하지만 가스폭발에서의 부압구간은 TNT 폭발이나 가스폭발과는 달리 상당부분 존재한다. 본 연구의 목표는 이러한 부압구간이 구조물의 거동에 미치는 영향에 대해서 분석하는 것이다. 따라서 방폭설계가 필수적으로 요구되어지는 FPSO 탑사이드의 방화벽을 폭발하중에 따른 구조 응답을 분석하기 위한 대상물로 선정하였다. 폭발 하중-시간이력 데이터는 FLACS를 이용한 폭발 시뮬레이션 과정을 통해 획득하였으며, LS-DYNA는 비선형 과도 응답해석을 위해 사용되었다.

선박 및 해양구조물용 극저온 재료의 기계적 거동 특성

박웅섭(Woong-Sup Park),강기엽(Ki-Yeob Kang),전민성(Min-Sung Chun),이제명(Jae-Myung Lee) 대한조선학회 2011 大韓造船學會 論文集 Vol.48 No.3