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.

선체구조 부재에는 이중저의 거더 및 늑판등에서 유공을 가진 판이 많이 사용되고 있는데, 이는 중량 경감, 사람 및 화물의 이동, 배관 등의 목적이다. 보통은 강도상 큰 문제가 없는 부위에 위치하지만, 매로는 불가피하게 높은 응력이 작용하는 부위에 설치해야 할 경우가 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 매, 검토해야 할 중요한 설계기준 중의 한가지가 된다. 그러므로, 유공판에 대한 합리적이고 신뢰적인 탄성좌굴강도 및 최종강도 설계식이 필요하게 되었다. 본 연구에서는 다양한 종횡비와 유공의 치수비 그리고 세장비의 영향을 고려하여 탄소성대변형 유한요소법을 근간으로 한 해석코드인 ANSYS(7.1)를 사용하여 시리즈해석을 수행하였다.

선체는 기본적으로 얇은 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. 이들 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 단면을 변화시켜가며, 최종강도 시리즈 해석을 수행하고, 최종강도 예측 설계식을 제안하였으며, 식의 정도성을 검증하기 위하여 유한요소해석 결과와 비교하여 정도를 확인하였다. 제안된 설계식은 초기구조설계 시 유공보강판의 최종강도 계산에 유용하게 사용되리라 판단된다.

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 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 있으며 본 연구에서는 다양한 종횡비와 유공비 그리고 세장비의 영향을 고려하여 탄소성 대변형 유한요소 시리즈해석 결과를 바탕으로 하여 간단한 설계식을 도출하였다.