해양수송체 탑재 장비의 진동 저감을 위한 탄성마운트 강성 설계 연구 = A Study on the Stiffness Design of Elastic Mounts for Vibration Reduction of Equipment Mounted on Marine Transport Structures

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, the standards for vibration and noise have been steadily increasing to ensure a comfortable life on board. Reflecting this, vibration and noise regulations have been continuously strengthened. Various vibrations and noises occurring inside the ship directly affect the living and working environment on board, causing hearing loss and reduced work efficiency for the crew. Therefore, regulations on vibration and noise are being mandatorily applied, and the allowable standards are being further strengthened. To protect the crew and meet the enhanced allowable standards, it is essential to appropriately predict and establish measures to reduce vibration and noise during ship design. Predicting and managing the vibrations generated in ships at an appropriate level is a crucial design procedure. Furthermore, a design plan for controlling and managing ship vibration must be derived and applied with minimal time and cost to construct a low-vibration ship. Ship noise and vibration control is achieved by establishing measures using empirical methods and computer-aided engineering (CAE) predictions from the initial design stage and implementing follow-up measures based on measurement results after the ship is constructed. However, follow-up measures taken after ship construction can lead to increased construction costs. Therefore, reliable vibration analysis that can be quickly utilized from the initial design stage in the ship equipment industry is necessary. Elastic support mounting systems using vibration isolation rubber are known to be very economical and effective methods used in ships. The rigid body free vibration analysis, which models the entire mass as a single point mass, is very simple in modeling, and the analysis error is not significant because the stiffness of the equipment is much larger than the stiffness of the elastic support. Therefore, it can save a lot of time compared to performing finite element analysis (FEM) and can be quickly utilized. In this paper, the excitation frequency at major excitation sources in the ship will be calculated, followed by the free vibration modeling and analysis of ship equipment using elastic mount, and measurements will be conducted. The reliability will be verified by comparing the results of the analysis performed by the program with the analysis results and measurements. Furthermore, through these results, the re-selection and improvement of mounts to avoid resonance will be verified.

국문 초록 (Abstract)

최근 안락한 선상 생활을 위하여 선주들의 진동과 소음에 대한 기준이 꾸준히 높아지고 있다. 이를 반영하듯 진동소음 규제가 꾸준히 강화되고 있다. 여러가지 선박내 발생되는 진동과 소음은 선박 내부 거주 및 근무환경에 직접적인 영향을 끼치는 요소로서 선원의 청력감소, 작업능률저하를 야기한다. 이 때문에 진동과 소음에 대한 규제가 의무적으로 적용되고 있으며 허용기준이 더욱 강화되고 있다. 선원을 보호하고, 강화된 허용기준을 만족하기 위하여 선박설계시 진동과 소음을 적절히 예측하여 저감대책을 수립할 수 있어야 한다. 선박에서 발생되는 진동을 예측하고 적정 수준으로 관리하는 것은 매우 중요한 설계절차다. 아울러 최소한의 시간과 비용으로 선박진동제어 및 관리를 위한 설계방안을 도출하고 적용하여 저 진동선박을 건조할 수 있어야 한다.
선박소음진동제어는 초기 설계부터 경험적인 방법 및 컴퓨터 이용공학(CAE)을 활용한 예측 그리고 선박이 건조된 시점에서 계측결과를 바탕으로 방진대책을 수립하고 적용한다. 하지만 선박이 건조된 시점에서 이루어지는 후속대책은 건조비 증가로 이어진다. 이를 위해 선박용 장비 산업에서 초기설계단계에서 신속하게 활용할 수 있고 결과에 대한 신뢰성이 확보된 진동해석이 필요하다.
탄성지지를 방진고무를 이용한 탄성지지 마운팅 시스템은 선박에서 사용되어지는 아주 경제적이고 효과적인 방법으로 알려져 있다. 전체의 질량을 하나의 질점으로 모델링하는 강체의 자유진동 해석은 모델링은 매우 단순하며, 장비의 강성이 탄성지지의 강성보다 매우 크기 때문에 해석상의 오차가 크지 않다. 때문에 유한요소해석(FEM)을 수행하는 것보다 많은 시간을 줄일 수 있으며, 신속하게 활용이 가능하다.
본 논문에서는 선박의 주요 기진원에서 가진 주파수를 계산 후, 탄성지지를 이용한 선박용 장비의 자유진동 모델링과 해석 수행 그리고 계측을 실시할 예정이다. 프로그램을 통한 해석 수행결과, 제작사의 해석결과와 계측 결과의 비교 검토를 통하여, 신뢰성을 확인하고자 한다. 또한 이 결과를 통하여 공진 회피를 위한 마운트 재선정 및 개선을 확인하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차(Contents)
• 국문초록(요약) i
• 목 차(Contents) iii
• 그림 목차 (List of Figure) vi
• 표 목차(List of Table) vii
• I. 서론 1
• 1.1. 연구배경 및 목적 1
• 1.2. 기존연구 3
• 1.3. 논문의 구성 4
• II. 선박의 주요 진동원의 특성 6
• 2.1. 선박의 주요 진동원 6
• 2.2. 기관 기진력 7
• 2.3. 추진 및 축 기진력 7
• 2.4. 차수분석을 이용한 진동원의 가진 주파수 예측 9
• 2.5. 요약 12
• III. 선박탑재 장비 진동 해석 프로그램 개발 13
• 3.1. 도입 13
• 3.2. 탄성지지 13
• 3.3. 탄성지지계의 모델링 16
• 3.3.1. 정적 설계 요소 검토 16
• 3.3.2. 선박용 경사 설계 검토 17
• 3.4. 6자유도 운동방정식 및 모델링 19
• 3.4.1. 자유 진동 해석 27
• 3.4.2. 정적 처짐 해석 28
• 3.5. 요약 30
• IV. 적용 연구 내용 및 결과 31
• 4.1. 도입 31
• 4.2. 선박의 주요 가진 주파수 계산 32
• 4.2.1. 주요 엔진 가진 주파수 계산 34
• 4.2.2. 프로펠러의 가진 주파수 계산 35
• 4.3. 선박장비의 진동 특성 검토 37
• 4.3.1. 선박장비의 모델링 37
• 4.3.2. 정적 처짐 해석 40
• 4.3.3. 고유 진동수 해석 41
• 4.4. 실험적 모드 해석 42
• 4.4.1. 주파수 응답 충격 시험 42
• 4.4.2. 탄성 마운트 재 선정 및 해석 수행 49
• 4.5. 요약 51
• V. 결론 및 향후 추천 과제 52
• 5.1. 결론 52
• 5.2. 향후 추천과제 53
• 참고문헌 54
• ABSTRACT 56