구조연성해석을 통한 메인스타팅 에어밸브의 경량화설계

국문 초록 (Abstract)

메인스타팅 에어밸브는 선박에서 최초 시동을 위해 장착되는 요소로서 운전 시에는 공기를 차단하는 역할을 한다. 본 연구에서는 기 개발된 50A 메인스타팅 에어밸브의 형상을 기초로 80A 메인스타팅 에어밸브의 기초설계를 제시하였고, 80A 메인스타팅 에어밸브의 개념설계는 CATIA를 이용하여 완성되었다. 그리고 압력분포 및 속도분포 등의 유동특성을 검토하기 위해서 유동해석을 수행하였고, 이어서 FSI를 이용한 구조해석을 수행하였다. 이상의 수치 해석을 위하여 ANSYS 및 ANSYS CFX 프로그램을 이용하였다. 밸브 몸체의 과도한 중량은 인접 구조요소의 강도를 저해시킬 수 있고 유동특성에도 좋지 못한 영향을 줄 수 있다. 본 논문에서는 80A 밸브의 경량화 설계를 강도성능의 요구조건을 고려하여 제시하였다. 최종 제시한 밸브는 7kg의 경량화를 이루었고 최대응력도 설계기준을 만족시켰다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The role of a main starting air valve is to supply compressed air to the diesel engine for starting the stopped diesel engine of a ship and cut off the air during normal operation. In this study, the main starting air valve with 80mm size was designed based on the developed valve with 50mm size. The concept design of the 80A main starting air valve was completed by using CATIA. Then, fluid analysis was performed to investigate the flow characteristics such as pressure and velocity distribution. Sequentially, structural analysis using FSI was performed. In this study, ANSYS CFX and ANSYS Workbench are utilized. The heavy weight of the body can deteriorate the strength performance of neighbor elements, leading to undesirable effect on flow characteristics. Thus, in this research, a lightweight design of the body was suggested satisfying strength requirement. The weight of the suggested design was reduced by 7kg, and the strength satisfied its requirement.

참고문헌 (Reference)

1 강상모, "산업용 안전 릴리프밸브 유동특성에 관한 수치연구" 한국마린엔지니어링학회 33 (33): 696-704, 2009

2 이장홍, "k-ε 난류모델을 이용한 중립대기경계층 바람의 특성 재현" 한국풍공학회 14 (14): 71-78, 2010

3 Smith, P., "Valve Selection Handbook" Elevier 1-45, 2004

4 Jang, B.H., "Structural Design of a Main Starting Air Valve" 89-93, 2013

5 이진환, "Shape Optimization of a Segment Ball Valve Using Metamodels" 한국항해항만학회 34 (34): 553-558, 2010

6 이진환, "Prediction of the resistance coefficient in a segment ball valve" 대한기계학회 24 (24): 185-188, 2010

7 Ko, G. C., "Control Valve Handbook" Hong Rung 2007

8 ANSYS, Inc., "ANSYS CFX 11.0 User's Manual"