자동차 운반선의 갑판 주부재 치수 결정에 관한 연구

강동기 울산대학교 자동차선박기술대학원 2015 국내석사

자동차 운반선은 화물의 특성상 여러 개의 갑판을 가지는 구조이며 이 갑판들은 외판 그리고 횡방향 주부재(Transverse web)와 종방향 주부재(Longitudinal girder) 및 필라로 지지되도록 설계된다. 그리고 각 갑판들의 높이 방향 위치는 견적 단계에서 화물의 설계 높이와 갑판 주부재 치수들을 고려하여 정해지며 상세 설계시 이 갑판들의 위치 변경은 매우 힘들다. 과거에는 차량 적재수를 증가시키기 위해 주로 선박의 길이를 증가시켰지만 현재는 파나마 운하의 확장으로 인해 선박의 길이보다는 폭을 증가시키는 추세이다. 그리고 선폭의 변화뿐만 아니라 설계 하중이나 필라 구조의 변화도 다양하게 이루어지고 있으며 이런 변화들은 갑판 주부재 치수 결정과 밀접한 관계가 있다. 이런 변수들을 고려한 초기 갑판 주부재들의 치수 추정이 부정확할 경우 각 갑판의 높이방향 위치는 정해져 있기 때문에 상세 설계 단계에서 비효율적인 선박 설계가 될 수 있다. 그러나 갑판 주부재 치수를 정도 높게 추정하기 위해서는 경계조건에 의한 영향이나 격자구조 효과를 고려할 수 있는 상세한 구조해석이 필요하지만 시간 여유가 없는 견적 단계에서는 이를 수행하기가 쉽지 않다. 본 연구에서는 갑판 주부재 치수 결정에 가장 큰 영향을 미치는 선박의 폭 변화 그리고 필라 배치 변화에 따른 각각의 모델들에 대해 사례별 구조해석을 수행하여 이를 통해 도출된 결과를 바탕으로 각 변수들과 갑판 주부재의 응력 및 처짐과의 상관관계를 유추하였다. 이를 위해 두가지 필라 구조에 대하여 각각 네(4)가지 선폭을 적용한 모델들의 구조해석을 수행하였으며 해석 결과들을 바탕으로 견적 단계에서 쉽게 갑판 주부재 치수를 추정할 수 있는 계산 시트를 작성하였다. 그리고 이 계산 시트로 추정된 부재 치수를 실제 해석모델에 적용하여 결과 차이를 검토한 결과 이를 통해 견적 단계에서도 짧은 시간에 신뢰할 수 있는 갑판 주부재의 치수를 결정할 수 있을것으로 판단된다.

고장력강을 이용한 자동차 Sill Side Inner 공정설계에 관한 연구

백일기 울산대학교 자동차선박기술대학원 2006 국내석사

요 약 전 세계적으로 관심을 끌고 있는 초저연비 승용차 개발 프로그램을 살펴보면 모두 차체의 경량화를 필수적으로 추구하고 있다. 최근 자동차 기술개발은 높은 안전성, 정숙성, 편의성을 추구하고 있으나 이러한 방향은 자동차의 중량을 증가시켜 동력성능과 연비를 저하시키고 제작 비용증가를 초래할 수 있기 때문에 경량화 설계기술이 더욱 요구되고 있다. 특히, 환경공해가 사회적으로 중요한 문제로 부각되면서 세계적으로 자동차 배기가스 및 연비에 대한 규제가 강화되고 충돌 안전성에 대한 요구도 계속 높아지고 있어 이에 대응한 각 나라의 완성차 업계는 경량이면서 충돌안전성이 우수한 자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다. 따라서, 기존의 설계/제작 방법이 아닌 유한요소법에 의한 구조 및 성형해석기술을 통한 구조최적화 설계기술 그리고 TWB(Tailor Welded Blank), Hydroforming 등의 생산기술이 연구 적용되어 왔으며, 고장력 강판의 적용 연구도 활발히 병행되어 왔다. 본 논문에서는 최근 자동차의 구조강성체에 사용이 확대되고 있는 고장력 TRIP강이 적용된 Sill Side Inner에 대해 생산공정을 유한요소해석을 기반으로 모의실험을 수행하였다. 해석된 결과를 통하여 프레스 성형시 굽힙공정에서의 제품변형에 의한 불량을 예측하고 이를 통하여 최적화된 설계변수를 제시하였다. Key Words : Sill Side Inner, Tansformation Induced Plasticity, Finite Element Method, Bending Process At the time of increasing worldwide interest in high tensile steel. Ultralight Steel Auoto Body initiative was lanched to re-emphasize the versatility of steel and introduce new ideas to further enhance weight savings that could be achieved, not onlywith sheet but other forms as well. As many automotive companies were urgently seeking weight savings in the 1990s the natural consequence was that much of the ULSAB type technology was being progressively implemented anyway as a result of increasing co-operation and regular steel development meetings between steel suppliers and design engineers. This paper presents a rigid-plastic finite element method to analyze bending processes of a sill side inner using high tensile steel. To successfully apply the rigid elements to the forming process, the theories of plasticity such as yield function, flow rule and treatment of a rigid region were presented. The results of simulation of the bending process are summarized in terms of deformation patterns and load-stroke relationships for each bending operation.

선박품질 관련 휴먼에러 방지를 위한 결함정보 관리 방안

박철진 울산대학교 자동차선박기술대학원 2016 국내석사

최근 국내 조선 경기는 세계적인 장기 불황, 저가 수주에 따른 수익성 악화, 중국의 고부가가치 시장 도전과 더불어 일본의 가격 경쟁력 확보에 이르기까지 많은 변수와 악재 속에 큰 어려움을 겪고 있다. 또한 원가 절감을 앞세운 가격 경쟁력 확보를 통한 수익성 개선은 이미 그 한계점에 달한 지 오래되었다. 따라서 국내 조선 업계에서는 친환경 선박, 스마트십(Smart Ship) 건조 등 선박 시장에서 차별화 경쟁력을 갖기 위한 노력을 기울이고 있지만, 그러한 일련의 개선 노력에 우선하여 밑바탕이 되어야 하는 것은 건조 선박의 좋은 품질이다. 선박의 품질을 일률 단편적으로 평가하고 판단하는 것은 불가하지만, 인도 선박에서 발생되는 결함 사례들을 통해 선박 품질의 정도를 유추하는 것이 합리적이라 사료된다. 이러한 선박 결함은 다양한 원인의 복합적인 영향에 의해 발생되지만, 주요 원인 중 하나는 휴먼 에러(Human Error)라 할 수 있다. 일반적인 제조업과는 달리 조선업은 노동 집약적인 산업으로써 그 어떤 산업보다 휴먼에러 요소가 선박 품질에 큰 영향을 미친다. 그러나 지금까지 조선 업체들은 휴먼에러 예방을 통해 선박 품질을 향상 시킬 수 있는 체계적인 노력 보다는 설비 투자, 공정 관리를 통한 생산 품질 향상에만 집중해왔던 것이 사실이다. 품질 경쟁력을 향상시키기 위해서는 인적 요소에 의해 발생되는 품질 결함 발생을 방지하기 위한 대응책을 수립하고 이를 실시할 필요가 있다. 휴먼에러 방지를 위한 대책 방안의 연구는 지금까지 주로 산업 안전과 관련된 사항이 대부분 이였고 품질 관리 측면 에서의 도입 사례는 조선 업계에서는 찾아보기가 어렵다. 체계적이고 구체화 된 방법을 도입하고 실천하는 사례는 많지 않고 단지 휴먼에러 예방에 대한 교육 실시에만 머무르고 있는 실정이다. 그러나 휴먼에러에 의해 발생되는 품질 결함은 범위와 정도를 예측할 수 없으므로, 결함 발생에 따른 실패 비용 또한 예상 밖의 큰 손실로 다가온다. 더욱이 많은 조선 업체의 경쟁 구도가 심화된 현재 상황에서 품질 결함 발생에 대한 고객의 신뢰도 추락까지 감안한다면 휴먼에러 방지를 통한 품질 향상은 중요하고 시급한 과제가 아닐 수 없다. 휴먼에러는 인간의 보편적인 특성의 하나로써 인간이 개입하는 한 휴먼 에러 발생 문제를 모두 제거 또는 예방하는 것은 사실상 불가하다. 그러나 휴먼 에러 발생을 감소시키고, 휴먼 에러에 의한 선박 결함 피해를 최소화하는 방안들을 검토하고 적용하는 것이 중요하다. 조선 업종에서는 각 선박마다 동일한 작업을 같은 작업자가 하는 경우보다 다른 작업자가 행하는 경우가 대부분이다. 따라서 한 척의 선박에서 휴먼에러에 의해 발생된 결함이 다른 선박에서도 유사하게 발생되고 있다. 이에 본 연구에서는 결함 사례를 정보 지식화하여 공유하게 함으로써 유사한 휴먼에러의 발생을 방지하는 관리 방안에 대해 논하고자 한다.

자동차용 친환경성 금속 페인트 제거제 제조에 관한 연구

권순탁 울산대학교 자동차선박기술대학원 2014 국내석사

메틸렌클로라이드(Methylene Chloride, MC)를 주원료로 하여 강산 및 염기성의 첨가제를 혼합하여 박리하기 때문에 환경문제 및 생산 현장에서 많은 어려움을 격고 있다. 이런 여러 가지 문제점을 보완할 수 있는 친환경적인 자동차용 금속성 페인트 제거제의 제조에 관한 연구가 가장 우선시 되어야 하지만 현재까지 연구되어 제품화된 예는 아직 미흡한 실정이다. 우리나라뿐만 아니라 세계 여러 각국에서 환경문제가 대두되고 있는 이 시점에서 친환경적인 자동차용 페인트 제거제의 제조에 관한 연구를 시작하는 것이다. 수산화칼륨은 100 중량부가 사용되며, 알칼리 반응물로써의 역할과 본 연구에 따른 도막박리용 조성물의 박리효과를 향상시키는 역할을 하는데, 박리과정이 종래보다 낮은 온도인 60 내지 80℃의 온도범위 내에서도 진행될 수 있도록 하며, 박리시간도 1 내지 3분을 나타내어 박리공정의 효율성을 향상시키고 비용을 절감하는 역할을 한다. 수산화칼륨의 함량이 100 중량부에서 낮아질수록 박리효과가 저하되며, 박리과정이 고온에서 진행되어야 하고, 박리시간이 길어지게 된다. 알코올 혼합물은 60 내지 80 중량부가 함유되며, 디에틸렌글리콜 45 내지 55 중량부, 벤질알코올 15 내지 25 중량부로 이루어지는데, 박리과정이 통상적으로 상온보다 높은 온도에서 진행되기 때문에, 박리과정에서 전술한 벤질알코올과 같은 알코올 성분이 휘발되는 것을 차단하기 위해 디에틸렌글리콜을 첨가하여 이루어지는 것이 바람직하다. 전술한 디에틸렌글리콜은 본 연구에 따른 도막박리용 조성물에 혼합되면 막을 형성하여 알코올성분이 휘발되는 것을 억제하기 때문에 도막박리용 조성물의 박리효과를 지속시켜주는 역할을 한다. 이와 같이 자동차용 친환경적인 금속 페인트 제거제의 제조에 관한 연구 및 시험 조건에 따른 페인트의 박리력을 고찰 하였다.

선박의 육상전원 (AMP) 적용을 위한 고찰

최승재 울산대학교 자동차선박기술대학원 2007 국내석사

원격 레이저용접을 이용한 자동차용 고강도강의 용접성 평가에 관한 연구

설현욱 울산대학교 자동차선박기술대학원 2018 국내석사

최근 자동차 업계에서 자동차의 안전성에 대한 규제 및 주행 편의성의 요구가 증대됨에 따라 자동차에 부착되는 기능성 부품의 수와 부품의 중량이 증가하는 추세이다. 이는 자동차의 연비 및 배기가스 규제와 상반되는 것으로 자동차의 성능을 유지하고 각종 규제를 만족시키기 위해서는 경량화가 필연적으로 수행되어야 한다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 자동차 시트용 고강도강을 대상으로 레이저 용접을 실시하여 건전한 용접부를 확보할 수 있는 용접기술을 확립하고, 겹침부의 두께에 따른 레이저 출력과 용접속도 등의 용접조건을 예측하고자 하였으며, 고강도강의 파단형태를 개선하기 위한 용접 패턴을 개발하여 고강도강 레이저용접의 이론적 배경을 제시하고자 하였다. 또, 본 연구의 결과를 실제 제품에 적용하여 연구의 신뢰성을 검토하고 이론적 연구의 결과와 실제 현장에서 얻은 결과의 차이점에 대해 분석하여 고강도강 레이저용접의 실무적 표준을 마련하고자 하였다. 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다. 레이저용접 실험에서 겹침부의 두께를 고려한 단위 면적당 에너지량은 21 J/mm2 정도의 일정한 값을 보였으며, 이를 통해 출력과 용접속도, 두께와의 상관관계를 파악하였다. 또, 용입깊이 보다는 계면에서의 용융폭이 클수록 인장하중 값이 커짐을 확인하였다.

자동차용 열가소성 플라스틱 부품제조 사출금형의 전자빔 표면처리에 관한 연구

이하용 울산대학교 자동차선박기술대학원 2017 국내석사

사출금형의 설계 및 제작기술은 장비의 발전으로 고도화, 보편화가 되고 있으나 금형표면 사상공정은 수(手)공정이며 3D직업으로 인식되어 종사자 감소, 고령화, 기술력저하가 발생된다. 사람의 손기술에 의한 작업으로 작업자능력에 따른 편차가 크고 표준화가 되어 있질 않고 있다. 대면적 사출금형 (1000X1000 이상) 제작 공정 중 인력이 가장 많이 소요되는 공정으로 사상정도 부족 시 재사상 시행으로 금형제작 일정에 영향을 끼친다. 금형표면 사상시 그라인더, 루터기등의 공구에 의한 미세가루 및 먼지 발생, 윤활제, 방청제, 각종 오일류가 소모되어 환경오염 및 작업자의 건강에 유해하다. 본 논문에서는 열가소성 플라스틱 사출성형용 금형의 표면 사상 (Polishing) 개선과 금형 수명 연장에 대한 전자빔 기반의 사출금형 표면처리 기술을 연구하였다. 전자빔 기반 표면처리 후 사출금형 소재별 표면특성 변화를 알아보기 위해 KP1, KP4, SKD61종의 금형소재를 준비하고 전자빔 공정을 통해 조사(Irradiation)조건 및 소재의 표면특성을 분석하여 최적 공정을 정립하였다. 그리고 도출된 전자빔 공정기술 및 최적화 연구를 바탕으로 표면처리 장비 및 전자빔 소스를 응용하여 3차원 굴곡 형상의 사출금형에 적용하고 시제품을 성형 후 효과를 분석하였다.

선박기적음의 상호상관함수를 이용한 선박위치 추정 시스템 개발

한동우 울산대학교 자동차선박기술대학원 2012 국내석사

본 논문은 최근 늘어나고 있는 어선 충돌사고에 있어 그 발생률을 줄이려 위치추정 및 경보시스템 개발에 대해 설명하고 있다. 위치를 정확히 알고 있는 다수의 마이크로폰 배열을 설치한 뒤 소리가 발생한 지점과 마이크로폰과의 직선거리를 측정하고 이를 바탕으로 마이크로폰 배열에 대한 소리 발생 지점의 상대적인 위치를 추정하는 방법을 제안하고 있다. 기본적인 알고리즘은 선박에서 나오는 선박기적음을 이용하는 것이다. 선박기적음을 두 개 이상의 마이크로폰으로 신호를 수집하고 수집된 데이터를 가지고 선박의 위치를 추정하게 되는 것이다. 그 과정에는 신호간의 상호상관함수가 이용 된다. 4개(전열 3개, 후열 1개)의 마이크로폰으로 신호를 취득할 수 있게 개발이 되었으며 각각에서 받은 신호간의 상호상관함수를 이용하여 각각의 마이크로폰에서의 음원의 도달시간 지연차를 구하게 되고 음원의 위치와 방향을 추정 할 수 있다. 또한 그 내용을 노트북 화면을 통해 실시간으로 통보가 가능하도록 되어있다. 신호를 취득하고 처리하는 과정에서 가장 중요한 알고리즘이 상호상관함수로 위치를 추정하는 것이다. 본문에서는 앞에 설명된 알고리즘을 적용하기 전 단계에서 1차적으로 음압레벨 차로 방향을 먼저 선정하게 된다. 이유는 다음 단계에서 상호상관함수를 이용한 추정과정에서 음원과의 각을 구할 때 0도와 180도를 기준으로 두 방향이 결과로 나오게 된다. 그래서 전 단계에서 1차적으로 음원의 방향을 선정하게 되는 것이다. 상호상관함수를 이용하여 위치를 추정하는 과정에서도 취득한 음원의 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하여 음원으로부터 마이크로폰까지의 도달시간 지연차를 구하게 된다. 시스템에 사용되는 마이크로폰들의 위치와 사이 거리는 일정한 값이고 두 개의 마이크로폰사이에서 구해진 도달시간 지연차를 이용하여 음원의 위치를 나타내는 쌍곡선 궤적을 구할 수 있다. 그 궤적들의 교점을 통해 위치와 방향, 음원과의 각을 구 할 수 있다. 시스템에 사용된 마이크로폰은 앞서 설명한 바와 같이 4개(전열 3개, 후열 1개)가 사용되었으며 노트북을 기반으로하여 처리과정을 National Instruments사의 LABVIEW를 이용하였으며 신호취득은 동일회사의 USB기반의 DAQ 장비를 이용하였다. 노트북화면에는 각각의 마이크로폰에서 취득한 신호를 표시하고 신호간의 상호상관함수를 디스플레이하고 있다. 그리고 쌍곡선의 교점을 통해 구해진 음원의 위치를 표시하고 있다. 실시간으로 신호를 취득함으로써 음원이 발생 할 때 마다 그 위치를 추정하여 표시 할 수 있도록 되어있다. 더 나아가 음원의 방향과 거리는 음성통보를 할 수 있게 설계하였다. 실험은 울산과학대 대운동장에서 실시하였으며 거리를 50m, 100m, 200m에서 각각 10시, 12시, 2시 방향 두고 실험을 하였다. 실제상황과는 다르게 거리도 가깝게 줄였으며 선박기적음 대신 차량의 경적소리로 실험을 하였다. 30여회 실험을 통해 성능을 평가하였으며 개발된 시스템에는 거리에 대한 통보를 50m 단위로 하게 설계하여 평가할 때 정해진 상황을 추정 성공 여부를 테이블로 작성하여 평가를 하게 되었다. 그 결과 주어진 상황, 즉 거리와 방향에 대한 추정이 1~2회를 제외하고 모두 정확한 추정 결과를 얻을 수 있었다. 그리고 이시스템은우리나라의중,소형 어선에 설치를 위해 일체형으로 설계되었으며 배의 앞부분에 설치 할 수 있도록 하였다.

쓰루풋 회계를 활용한 도크 내 선박 혼합 건조 의사결정 방법론에 대한 연구

윤두현 울산대학교 자동차선박기술대학원 2013 국내석사

대표적인 주문 생산 방식인 조선 산업에서의 영업 활동은 일반 제조업과는 다른 프로세스를 가진다. 조선 산업의 영업은 향후 조선 시황을 분석한 후 수주할 선박을 사전에 계획하여 선표라는 일정계획표에 기재함으로써 시작된다. 수주 예상되는 선박들로 구성된 선표에 의해 조선소는 중장기 경영 전략 및 경영 목표를 수립하게 되고, 지속적인 영업활동을 통해 이익을 실현하게 된다. 선표 작성 시 고려할 사항은 조선 시황 분석에 따른 영업 전략선의 선정과 건조할 선박의 구성이다. 건조할 선박의 구성은 조선소의 제약자원인 도크설비와 밀접한 관련이 있다. 도크는 물리적으로 크기가 고정적이기 때문에 도크 내에 건조할 수 있는 선박의 크기와 선박 수는 제한적이다. 그래서, 선표 작성 시 도크 내에서의 선박 혼합 건조의 최적화는 조선소의 미래를 결정하는 중요한 사안이다. 하지만 현재의 선표는 매출액 증가, 부하평준화 등의 목표로 작성하고 있으며 기업의 이익 창출보다는 부분적인 최적화에 주력해 왔다. 이런 결과로 조선소에서는 선가가 높은 선박을 우선 수주하려는 경향을 보이고 있다. 특히, 영업부서에서는 매출 증대에서도 제약설비인 도크의 소요시간을 고려하지 않고 선가가 높은 선박을 우선 수주하려는 경향을 보이고 있으며 선표 담당 부서에서는 부하평준화만을 고려한 최적화에 많은 노력을 기울이고 있다. 본 연구에서는 선표의 최적화 작성을 위해 도크 내에서의 선박 혼합 건조 의사결정 방법론을 제시하였다. 의사결정의 우선순위를 제약이론(TOC)의 성과지표인 쓰루풋과 제약자원의 사용시간 관점에서 결정하도록 하였으며, 제약 자원의 사용기간이 서로 다른 다양한 크기의 선박들을 배치(Batch)단위로 혼합 건조할 시에 고려해야 할 사항들을 도출하였다. 도크 내 선박 배치에 있어서도 성과를 최대로 할 수 있는 최적화된 배치 형태를 정의하였고, 도크배치를 위한 선박의 크기 구분을 단순화하고 신속한 의사결정을 위한 선박 배치 알고리즘 개발하여 적용하였다. 제시된 방법론의 실효성을 검증하기 위하여 M조선소의 영업선표에 적용하였으며, 적용 후 매출액은 35%, 쓰루풋은 64%, 영업이익은 225% 증가하는 효과가 있었다.

전산유동해석을 통한 선박 침하 예측

김영우 울산대학교 자동차선박기술대학원 2013 국내석사

선박이 운항 중 운하 또는 수로를 운항하는 경우나 천수 영역을 지나는 경우 선체 표면의 유속변화로 인한 압력분포의 변화로 상대적으로 심해 영역보다 선체에 작용하는 압력이 낮아지게 되어 선박의 침하 현상이 발생하게 되는데 이를 squat라 한다. squat를 예측하는 하는 것은 선박이 운하나 수로의 통과 가능 여부를 판단할 뿐만 아니라 해난사고를 예방하고 효율적인 운항에 있어 중요한 자료로 활용한다. 이러한 선박 침하를 보다 정확하게 판단하려면 선속, 방형계수, 수심과 흘수의 비, 선측 벽효과 등과 같은 다양한 요인을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 현재 사용하는 경험식들과 전산유동해석을 통한 침하량을 비교하여 경험식과 변수들의 상관관계에 대해 알아보았고 수치해석은 정렬격자를 이용하여 비압축성 Navier-Stokes 방정식을 풀었으며 Volume of Fluid법을 사용하여 자유 수면을 고려하여 steady state로 해석하였다.