선박용 복합재 에어 스포일러의 체결부 설계 및 강도 평가 = General Paper : Joint Design and Strength Evaluation of Composite Air Spoiler for Ship

국문 초록 (Abstract)

선박 분야에서 이산화탄소(CO2) 배출을 줄이고 연료 효율을 높이기 위한 방법의 하나로 항해하는 선박의공기 저항을 줄이기 위한 에어 스포일러를 장착하는 방안이 검토될 수 있다. 본 연구에서는 대형 선박에 적용될수 있는 복합재 에어 스포일러의 체결부를 설계하고, 이에 대한 정적, 피로강도를 평가하였다. 하중은 선박의 운항 중 발생하는 청파(Green Water Pressure) 0.1 MPa이 에어 스포일러에 수직하게 가해지는 것으로 가정하였다. 에어 스포일러는 유리섬유 면재에 발사 코어를 갖는 샌드위치 형태로 제작하였고, 여러 개의 샌드위치 패널이 셀(Cell) 형태로 강(Steel) 프레임에 볼트로 체결되는 것으로 가정하였다. 에어 스포일러와 프레임의 체결부는 베어링 파손을 가지도록 설계하고, 정적(베어링) 시험과 피로(4점 굽힘) 시험을 수행하였다. 시험 결과 개발된 에어 스포일러는 정해진 외부하중을 견딜 수 있는 충분한 안전여유를 갖는 것을 확인하였다. 개발된 에어 스포일러는 조만간 대형 상업용 선박에 적용될 예정이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Air spoiler, which can reduce the drag during operation, can be considered as a possible means to reduce carbon dioxide emission and to increase fuel efficiency. In this study, a composite air spoiler was designed and tested by static and repeated loads. The Green Water Pressure of 0.1 MPa a ship experiences during operation was perpendicularly applied to the air spoiler. Air spoiler was manufactured with sandwich panel which has glass fabric face and balsa core. Multiple sandwich panels were assembled to steel frame by bolt joint. The joint was designed to have bearing failure and examined by static and fatigue tests. Tests showed that the designed joint has enough margin of safety to endure joint failure. The developed sandwich panel to air spoiler is planned to be applied to a large scale commercial ship.

참고문헌 (Reference)

1 Hazizan, M.A, "The Low Velocity Impact Response of an Aluminum Honeycomb Sandwich Structure" 34 (34): 679-687, 2003

2 Roy, R, "Testing and Modeling of NomexTM Honeycomb Sandwich Panels with Bolt Insert" 56 : 762-769, 2014

3 Clarke, J.L, "Structural Design of Polymer Composites: EUROCOMP Design Code and Handbook" E & FN Spon 1996

4 Kim, K. S, "Strength Improvement of Insert Joint for Composite Sandwich Structure" 38 (38): 29-34, 2010

5 Hu, H, "Review and Assessment of Various Theories for Modeling Sandwich Composites" 84 (84): 282-292, 2008

6 Jones, R.M, "Mechanics of Composite Materials" Taylor and Francis 1999

7 R. L. Evertz, "Investigation of Core Closeouts in Fiber- Reinforced Sandwich Laminates" Montana State University 2000

8 Park, Y. B, "Failure Characteristics of Carbon/BMI-Nomex Sandwich Joints in Various Hygrothermal Conditions" 60 : 213-221, 2014

9 Petras, A, "Design of Sandwich Structure" Cambridge University 1998

10 "Category : Technology, Subject : Materials"

11 "Category : Daewoo, Subject : S.Korea's Daewoo & UK's Intelligent Engineering Form JV to Use SPS Technology in Shipbuilding"

12 Niu, M.C, "Airframe Stress Analysis and Sizing" Conmilit Press Ltd 1998

13 Zhang, J, "A Progressive Damage Analysis based Characteristic Length Method for Multi-bolt Composite Joints" 108 : 915-923, 2014