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손연홍(Y. H. Son),김명성(M. S. Kim),김송길(S. G. Kim),김용진(Y. J. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
선박의 신속하고 안전한 이안/접안을 돕기 위한 선박용 자동계류장치는 고무와 같은 고분자소재를 이용한 진공흡착 기술을 적용해 안정적인 진공을 형성함과 동시에 충격완충효과를 기대할 수 있다. 진공흡착패드에 적용되는 고 분자소재는 충분한 내후성과 내오존성을 가져야하며, 선박을 계류하는 동안 과도한 변형이 발생하지 않고 흡착패드 내부에 진공이 유지되기에 적절한 수준의 기계적 성능을 보여야 한다. 본 연구에서는 자동계류장치의 진공흡착 패드를 개발하기 위한 일련의 절차에 대해 소개하고자 한다. 우선, 해상에서 사용이 가능한 고분자 소재 후보군을 선정해 일련의 기계적 성능 시험을 수행하였다. 재료성능시험 결과는 구조해석시 물성치로 사용이 가능한 형태로 변환이 필요한데, 고무는 다른 일반적인 금속과 달리 변형률 에너지 함수로 표현이 가능한 초탄성 거동을 나타내고 있으며, 대표적인 구성방정식의 적합성을 비교 분석하고 비선형 재료상수를 도출하였다. 고분자 소재로 이루어진 고무 씰(Rubber Seal)은 수직/수평방향으로 큰 외력이 작용하더라도 지속적인 진공을 유지해야하기 때문에 최적 형상을 도출하는 것이 필요하다. 이를 위해 고무 씰의 형상을 단순화하여 유한요소해석에 기반한 매개변수 연구(Parametric Study)를 수행하였다. 본 매개변수 연구에서는 진공흡착패드가 선박에 접근해 진공흡착한 후 선박 계류시 선박의 운동 제어 조건을 반영한 하중 및 경계조건 시나리오를 구성하였다. 해석 결과는 응력과 변형률을 기반으로 비교 분석하였으며, 이를 통해 고무씰과 진공흡착패드의 결합부로부터 이탈을 방지하고 선박 표면으로부터 고무씰의 이탈을 방지하기 위한 최적의 형상을 제안하였다.