선체유공판의 좌굴을 동반한 최종강도에 관한 연구

고재용(Jae-Yong Ko),이제명(Jae-Myung Lee),박주신(Joo-Shin Park),주종길(Jong-Kil Joo) 한국항해항만학회 2003 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.3 No.-

선체구조 부재에는 이중저의 girder 및 floor 등에서 cutout을 가진 판이 많이 사용되고 있고, 이는 중량 점검, 사람 및 화물의 이동, 배관 등의 목적으로, 보통은 강도상 큰 문제가 없는 부위에 위치하지만 때로는 불가피하게 높은 응력이 작용하는 부위에 위치하지만, 때로는 불가피하게 높은 응력이 작용하는 부위에 설치해야 할 경우도 있다. 이러한 판에 cutout의 존재는 면내 하중에 의한 탄성좌굴강도 및 최종강도에 큰 영향을 준다. 따라서, 유공판의 탄성좌굴강도 및 최종강도는 선박의 초기 구조설계단계에서 구조부재치수를 결정할 때 검토해야 할 중요한 설계기준 중의 하나이다. 그러므로, 유공판에 대한 합리적인 탄성좌굴강도 및 최종강도 설계식이 필요하다. 본 연구에서는 면내 종방향 압축력은 받는 유공판에 대해 좌굴 및 최종강도 특성을 탄소성 대변형 유한요소법을 적용하여 분석하고 사용된 해석기법은 Arc-length Method를 이용하여 유공의 형상비와 세장비, 종횡비를 매개변수로 한 시리즈해석을 수행하여 종방향 압축하중 작용시 유공판의 최종강도에 관한 설계식을 도출한다. Place that have cutout inner bottom and girder and floor etc. Hull structure is used much, and this is strength in case that must be situated, but establish in region that high stress interacts sometimes fatally in region that there is no severe problem usually by purpose of weight reduction, a person and change of freight, piping etc. So, cutout's existence gnaws in this place, and, elastic buckling strength by axial compression causes large effect in ultimate strength. Therefore, perforated plate elastic buckling strength and ultimate strength is one of important design criteria which must examine when decide structural members size at early structure design of ship. Therefore, and, reasonable elastic buckling strength about perforated plate need design ultimate strength. Calculated ultimate strength change several aspect ratio and cutout's dimension, and slenderness ratio in this investigation. Used program applied ANSYS F.E.M code transformation finite element method that is mediocrity finite element analysis code. To develop design about ultimate strength formula on plating with cutout, applied longi direction compressive axial-load.

종횡방향 압축하중을 받는 유공판의 최종강도 설계식 개발

박주신(Joo-Shin Park),고재용(Jae-Yong Ko),이준교(Jun-Kyo Lee) 한국항해항만학회 2006 한국항해항만학회지 Vol.30 No.3

선체구조 부재에는 이중저의 거더 및 늑판 등에서 유공을 가진 판이 많이 사용되고 있고, 이는 중량 경감, 사람 및 화물의 이동, 배관 등의 목적으로, 보통은 강도상 큰 문제가 없는 부위에 위치하지만, 때로는 불가피하게 높은 웅력이 작용하는 부위에 설치해야 할 경우도 있다. 이러한 판에 유공의 존재는 연내 하중에 의한 탄성좌굴강도 및 최종강도에 큰 영향을 주게 된다. 따라서 유공판의 탄성좌굴강도 및 최종강도 평가는 선박의 초기 구조설계단계에서 구조부재 치수를 결정할 때 검토해야 할 중요한 설계기준 중의 한가지 이다. 그러므로, 유공판에 대한 합리적인 신뢰적인 탄성좌굴강도 및 최종강도 평가가 필요시 되고 있으며 본 연구에서는 다양한 종횡비와 유공비 그리고 세장비의 영향을 고려하여 탄소성 대변형 유한요소 시리즈해석 결과를 바탕으로 하여 간단한 설계식을 도출하였다. A number of perforated plates are utilized for the passage of the crew and the equipment, reducing weight and the arrangement of piping Hull girders in double bottom and floor plates are the typical parts which have those plates in a ship structure, and the perforated plate is usually positioned at the place which has less loading without local strength problems. In the case of utilizing the plate inevitably at the place which has large strength, an opening of the plate has large effect on the buckling strength due to in-plane rigidity and ultimate strength Therefore the assessments of the elastic buckling strength and the ultimate strength for the perforated plate are the essential requirements for determining the dimensions of the parts at the initial design stage. With above reason. a need of the reasonable assessments for the elastic buckling strength and the ultimate strength has evolved The numerical series analysis with the consideration of the effect due to various aspect ratios and slenderness ratios were performed using finite element method in this research Simple formulas for the design are also proposed from the above analysis.

좌초손상을 고려한 최종강도 실험

이탁기(T.K. Lee),김흥섭(H.S. Kim),임채환(C.W. Rim),김병현(B.H. Kim),김기섭(K.S. Kim) 한국해양환경·에너지학회 2007 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.-

연근해를 운항하는 선박의 경우, 선저가 암초 상에 올라앉는 정지형 좌초 (stranding)를 당할 확률이 상대적으로 높다. 손상을 입은 선박의 최종강도는 저하할 것이다. 본 논문에서는 시리즈 붕괴실험을 수행하여 선체구조의 최종강도에 대한 정지형 좌초손상의 영향을 파악하고자 하였다. 단면이 723㎜ × 723㎜이고, 시험체의 길이가 540㎜인 5개의 박스 거더형 모형이 제작되었으며, 각 판 부재에는 종보강재가 부착되어 있다. 5개의 모델 중에는 1개의 비손상 모형과 암초 단면을 이상화한 마름모꼴 손상을 가진 4개의 손상 모형이 있다. 손상 모형 중 3개는 손상부의 판을 잘라 내었으며, 1개는 보다 실제적인 좌초손상을 표현하기 위해 프레스 가공하였다. 최종강도 실험은 순수 굽힘 하중 하에서 수행되었으며, 작용 하중과 선저판의 변위를 계측하였다. 실험 결과, 최종강도는 손상의 크기가 증가할수록 감소하였다. 손상이 선폭의 30%에 이르는 가장 큰 손상 모형의 최종강도는 비손상 모형에 비해 약 21% 정도 감소되었다. 프레스 가공한 손상 모형의 최종강도는 손상부를 잘라 내어 제거한 모형에 비해 낮았다. 이는 프레스 가공한 손상부의 판이 최종강도를 떨어뜨리는 쪽으로 작용한 것으로 생각된다. Ships operating in littoral sea are likely to be subjected to accidental load such as stranding. Once she has damage on the hull structure, her ultimate strength will be reduced. This paper is to investigate the effect of the stranding damage on ultimate strength of ship structure by using a series of collapse tests. For the experiment, 723㎜ × 723㎜ in section 때d 540㎜ in length of five box-girder models with stiffeners were prepared. Of the five, one has no damage and four have an diamond shaped damage which represents the shape of rock section in seabed. The damage size is different between models. Among the damaged models, the damages of 3 of them were made by cutting the plate and one by pressing to represent stranding damage. Experiments were carried out under pure bending load and the applied load and displacements were recorded. The ultimate strength is reduced as the damage size increases, as expected. The largest damaged model has the damage size of 30% of breadth and its ultimate strength is reduced by 21% than that of no damaged one. The pressed one has lower ultimate strength than cut one. This might be due to the fact that the plate around the pressed damage area effect negatively on the ultimate strength.

조합하중을 받는 선체 판부재의 최종강도 상관관계 특성

백점기,이상곤,Thayamballi, Anil K 釜山大學校生産技術硏究所 1998 生産技術硏究所論文集 Vol.55 No.-

선체 판부재는 일반적으로 면내 2축 방향 축력, 면내 2축 방향 굽힘, 전단 및 횡압력의 조합하중을 받으며, 최종강도 상태에 도달하기까지 복잡한 거동 특성을 보인다. 구조 부재의 최종강도 특성은 단독하중 성분이 작용할 때와 조합하중이 작용할 때는 서로 판이하게 다르며, 정밀한 구조안전성 평가와 강도설계를 위해서는 조합하중 작용시 강도 상관관계 특성을 정확하게 분석해 두는 것이 중요하다. 본 연구에서는 선체구조를 구성하는 판 및 보강판이 조합하중을 받을 때의 최종강도 상관관계 특성을 분석한다. 이를 위해 본 연구에서는 증분 에너지법과 유한요소법의 조합에 의한 간이 해석법을 적용하여 선체 판 및 보강판에 상기 6개의 하중성분이 조합하여 작용할 때의 탄소성 대처짐 거동을 해석하고, 각 하중 성분간 최종강도 상관관계 특성을 분석한다. Ship plating is normally subjected to combined loads, namely bi-axial compression/tenstion, edge shear, bi-axial in-plane bending and out-of-plane(lateral) pressure loads and shows the complex behaviro up to the ultimate limit state. It is very important to analyz the ultimate strength interaction characteristics of unstiffened and stiffened panels between the combined loads for rational design and safety assessment. The present paper describes an accurate and fast procedure for analyzing the elastic-plastic large deflection behavior up to the ultimate limit state of unstiffened and stiffened panels under combined loads. Using the procedure, the ultimate strength interaction characteristics of unstiffened and stiffened panels subjected to the combined loads are examined.

종횡방향 압축하중이 작용하는 유공판의 좌굴을 고려한 설계식 개발

박주신(Joo-Shin Park),고재용(Jae-Yong Ko),이준교(Jun-Kyo Lee) 한국항해항만학회 2005 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.1 No.-

선체구조 부재에는 이중저의 거더 및 늑판등에서 유공을 가진 판이 많이 사용되고 있고, 이는 중량 경감, 사람 및 화물의 이동, 배관 등의 목적으로, 보통은 강도상 큰 문제가 없는 부위에 위치하지만, 때로는 불가피하게 높은 응력이 작용하는 부위에 설치해야 할 경우도 있다. 이러한 판에 유공의 존재는 면내 하중에 의한 탄성좌굴강도 및 최종강도에 큰 영향을 주게 된다. 따라서, 유공판의 탄성좌굴강도 및 최종강도 평가는 선박의 초기 구조설계단계에서 구조부재 치수를 결정할 때 검토해야 할 중요한 설계기준 중의 한가지 이다. 그러므로, 유공판에 대한 합리적인 신뢰적인 탄성좌굴강도 및 최종강도 평가가 필요시 되고 있다. 본 연구에서는 다양한 종횡비와 유공의 치수비 그리고 세장비의 영향을 고려하여 탄소성대변형 유한요소법을 근간으로 한 구조해석프로그램인 ANSYS를 사용하여 수치계산을 수행하였다. Plate that have cutout inner bottom and girder and floor etc. in hull construction absence is used much, and this is strength in case must be situated, but establish in region that high stress interacts sometimes fatally in region that there is no big problem usually by purpose of weight reduction, a person and change of freight, piping etc.. Because cutout's existence gnaws in this place, and, elastic buckling strength by load causes large effect in ultimate strength. Therefore, perforated plate elastic buckling strength and ultimate strength is one of important design criteria which must examine when decide structural elements size at early structure design step of ship. Therefore, and, reasonable elastic buckling strength about perforated plate need design ultimate strength. Calculated ultimate strength change several aspect ratioes and cutout's dimension, and thickness in this investigation. Used program applied ANSYS F.E.A code based on finite element method

선체 이중저구조의 좌굴 및 최종강도 설계식의 개발

백점기,김봉주,Thayamballi, Anil K 釜山大學校生産技術硏究所 1998 生産技術硏究所論文集 Vol.55 No.-

최근 산적화물선의 빈번한 침몰사고의 발생으로 국제적으로 산적화물선 선체구조의 구조강도 특성과 구조안정성에 대한 재평가 작업이 이루어지고 있다. 특히 각국 선급협회에서는 주요 구조부 또는 부재의 좌굴 및 최종강도 설계식의 개발에 박차를 가하고 있다. 철광석과 같이 비중이 큰 산적화물을 운반하는 선박의 선저구조는 보통 이중저구조형태로 이루어져 있으며, 이는 선저 내외판과 종 및 횡방향 수직판으로 구성되어 있다. 본 연구의 목적은 선체 이중저구조 부재의 좌굴 및 최종강도 설계식을 개발하는 것이다. 이를 위해 며내 및 면외 조합하주을 받는 선저내외 보강판을 대상으로 직교 이방성판 이론에 의한 탄성대처짐 거동특성을 분석하고, 최종강도 간이 계산식을 도출한다. 또한, 종 및 횡방향 수직판이 면내 조합하중을 받을때의 좌굴 및 최종강도 계산식을 이론적으로 도출한다. 도출한 강도 설계식의 정도는 비선형 유한요소법 등에 의한 수치해석결과와 비교하여 검증한다. Classification societies have provided their own design criteria for structural scantlings of double bottom structures. They are usually based on first yielding and elastic buckling with a simple correction for plasticity. To evaluate the safety and reliability of double bottom structures, the ultimate strength provides a more reasonable criterion than the conventional elastic buckling or first yield criterion. Recently, the leading classification societies are then working on the development of the ultimate strength based design formulations of ship structures. The aim of this study has been to develop ultimate strength design formulations of ship double bottom structures under combined loads, namely a combination of normal pressure loading, shearing forces, longitudinal bending and transverse bending. The validity of the proposed formulae is confirmed by comparing with the nonlinear finite element solutions.

압축하중을 받는 유공보강판 구조의 최종강도 설계식 개발

박주신(Joo-Shin Park),고재용(Jae-Yong Ko),이경환(Kyung-Hwan Lee) 한국항해항만학회 2007 한국항해항만학회지 Vol.31 No.05

선채는 기본적으로 앓은 판부재들의 조합으로 구성되어 있으며 이들 중 상당수는 유공을 가진 유공판(Perforated plate)으로 이루어져있다. 선체에 설치된 유공판으로서는 선체 상갑판 해치(하역시설로 사용), 선저부의 거더와 플로어(중량경감과 선박 건조 및 검사시 통로확보용), 다이어프램(중량경감 및 파이프 관통의 목적)등이 있다. 이틀 유공판에 압축하중이 작용하면 좌굴과 최종강도 특성이 크게 변화할 뿐만 아니라 수반되는 면내응력도 재 분포하게 되어 심각한 문제를 발생한다. 본 연구에서는 실선에서 사용 중인 유공보강판의 모델을 조사하여 비선형 유한요소법 (ANSYS)을 사용하여 종방향 압축하중이 작용하는 경우에 대해서 유공비, 웹 치수, 웹 두께 그리고 보강재 단연을 변화시켜가며, 최종강도 시리즈 해석을 수행하고, 최종강도 예측 설계식을 제안하였으며, 식의 정도성을 검증하기 위하여 유한요소해석 결과와 비교하여 정도를 확인 하였다, 제안된 설계식은 초기구조설계 시 유공보강판의 최종강도 계산에 유용하게 사용되리라 판단된다. Ship structures are thin-walled structures and lots of cutouts, for example, at inner bottom structure, girder, upper deck hatch, floor and dia-frame etc. In the case where a plate has a cutout it experiences reduced buckling and ultimate strength and at the same time the in-plane stress under compressive load produced by hull girder bending will be redistributed In the present paper, we investigated several kinds of perforated stiffened model from actual ship structure and series of elasto-plastic large deflection analyses were performed to investigate into the influence of perforation on the buckling and ultimate strength of the perforated stiffened plate varying the cutout ratio, web height, thickness and type of cross-section by commercial FEA program(ANSYS) Closed-form formulas for predicting the ultimate strength of the perforated stiffened plate are empirically derived by curve fitting based on the Finite Element Analysis results. These formulas are used to evaluate the ultimate strength, which showed good correlations with FEM results. These results will be useful for evaluating the ultimate strength of the perforated stiffened plate in the preliminary design.

60M급 쌍동형 카페리 구조의 유공판 좌굴강도 연구

서광철,오정모 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회지 Vol.24 No.1

This paper discusses about results of advanced buckling strength design for several kinds of perforated plated in the twin-hull car-ferry. For medium/small sized high speed vessels with a length of more than 50 meters and a length / width ratio of more than 12, such as car-ferries, it is highly possible that the buckling strength becomes weak due to the relatively thin thickness and the use of low strength capacity such as mild steel. Especially, it becomes big problem about weak buckling rigidity around the opening to access purpose in the perforated. As regarding safety design point of view for perforated plate, it is necessary to clarify buckling strength and ultimate strength by the distribution of in-plane load distribution around the opening. In this study, nonlinear series analysis using ANSYS was performed to clarify the influence of parameters such as aspect ratio, opening ratio and opening shape affecting the buckling and ultimate strength characteristics of the perforated plate under axial compression and we are derived the optimum design as buckling strength point of view. Based on these results, the governing factor determining the buckling strength of the perforated plate was the opening ratio, and the aspect ratio and the shape of the hole were not influenced. 본 연구에서는 쌍동형 카페리에 다수 존재하는 유공판의 좌굴강도 설계 수행 결과 및 개선사항을 논의하고 있다. 카페리와 같이 길이가 50미터 이상이고, 길이/폭의 비가 12보다 큰 중/소형 고속선박은 상대적으로 두께가 얇고 연강을 사용함으로서 좌굴강도가 취약해질 가능성이 농후하다. 특히, 작업자의 접근 및 통로로 활용되는 유공판에서 좌굴강도가 취약해질 가능성이 있다. 안전한 구조설계를 위해서는 유공주위의 면내 하중 재 분포에 의한 좌굴강도 및 최종강도에 대한 명확한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 유공판의 좌굴 및 최종강도 특성에 영향을 미치는 매개변수의 영향을 종합적으로 고려하기 위하여 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 활용한 비선형시리즈 해석을 수행하였으며, 주요 변수(종횡비, 유공비, 유공형상)들에 대한 영향을 검토하였다. 이 결과를 바탕으로 하여, 유공판의 좌굴강도를 결정짓는 가장 큰 인자는 유공비였으며, 종횡비와 유공의 형상은 그 영향이 미비하였다.

침수시 산적화물선 파형 횡격벽 붕괴강도에 대한 이론적·수치적 연구

백점기,김성근 釜山大學校生産技術硏究所 1998 生産技術硏究所論文集 Vol.54 No.-

본 논문에서는 침수시 산적화물선 파형 횡격벽의 붕괴강도에 미치는 주변구조의 영향에 대해서 조사한다. 저자들은 파형 횡격벽의 붕괴강도를 계산하기 위한 비선형 전용 유한요소 프로그램을 개발하였으며, 간단한 수치입력만으로 파형격벽 유한요소 모델링이 자동적으로 프로그램내에서 수행되고 사용자는 스툴과 Shedder plates, 갑판 및 이중저와 같은 주변구조를 선택적으로 포함시킬 수 있다. 수치해석 예로서는 실제 Capesize급 산적화물선에 적용하여 파형격벽과 주변구조간의 다양한 경계조건하에서 붕괴강도 특성을 분석하였으며, 그 결과를 기준의 간이설계식과 비교·검토하였다. This paper investigates the influence of influence of adjoining structures on the collapse strength of bulk carrier corrugated bulkheads subject to accidental flooding. A special purpose nonlinear finite element program suitable for direct calculations of strength is developed as part of the study. In the program, the adjoining structures such as lower and upper stools, shedder plates, double bottom and deck structures, are included as options in the automated finite element structural modeling of the corrugated bulkhead. To illustrate application, a hypothetical Capesize bulk carrier bulkhead is analyzed in several different ways to investigate the variation in its ultimate strength and stiffness for different end conditions of the bulkhead. A comparison of the finite element based ultimate strength against predictions based on simplified design formulae is also made.

Smith법에 의한 손상 유조선의 잔류강도 평가 연구

안형준(Hyung Joon Ahn),백덕표(Deok-Pyo Ba다),이탁기(Tak Kee Lee) 한국항해항만학회 2011 한국항해항만학회지 Vol.35 No.10

The present Common Structural Rules for double hull oil tanker is not included the residual strength, which is one of the functional requirements in design part of Goal-based new ship construction standards (GBS). The GBS will be enforced after July 1, 2016. The requirement related residual strength has the goal to build safe ship even if she has the specified damages due to marine accidents including collision and grounding. In order to assess the residual strength based on risk for structural damages according to GBS, tons of nonlinear FE analysis work taking into account various types of damage will be needed. The Smith’s method, a kind of simplified method for the strength analysis is very useful for this purpose. In this paper, the residual strength assessments based on ultimate strength using Smith’s method were carried out. The objected ship is VLCC with stranding damage in bottom structures. Also, the results were compared with that of nonlinear FE analysis using three cargo hold model. 2016년 7월부터 강제 적용 예정인 목표기반 선박건조 기준(GBS)의 설계단계의 기능요건 중 잔류강도 평가 부분은 현재의 유조선 설계, 건조 규칙인 공통구조규칙에는 아직 포함되어 있지 않은 실정이다. 기능요건에 포함된 잔류강도 부분은 충돌이나 좌초와 같은 해상사고시 발생가능한 선체손상을 고려하여 강도측면의 제한조건을 규정함으로써 사고시에도 일정부분 선박의 안전을 확보하려는 것이다. GBS에서 주로 다루고 있는 위험도에 근거하여 잔류강도를 평가하기 위해서는 다양한 손상에 대한 광범위한 평가 작업이 필요하다. 이때, 매번 비선형 유한요소해석을 수행하기보다 선체구조를 보강판 요소의 집합으로 보는 간이화된 강도 해석법의 하나인 Smith법이 유용할 것이다. 본 연구에서는 좌초사고로 인해 선저가 손상된 경우를 대상으로 Smith법을 적용하여 최종강도 평가를 수행하였으며, 3개의 화물창 구역을 모델링하여 수행한 비선형 구조해석 결과와의 비교를 통해 Smith법을 적용한 결과의 정도를 확인하였다.