경량화와 연비 개선을 위해 크루즈선 선루 구조에는 박판 보강판 구조가 널리 사용된다. 그러나 이러한 세장한 형상은 압축, 횡 방향 및 전단 하중이 복합적으로 작용할 경우 좌굴에 매우 취약하다. 따라서 좌굴 강도의 정확한 평가는 구조 설계의 핵심 요소이나, 기존 의 유한요소해석 기반 접근법은 시간이 많이 소요되어 초기 설계 단계에서 광범위한 파라미터 연구를 수행하기에는 비실용적이다. 본 연구 에서는 DNV Panel Ultimate Limit State(PULS) 방법을 이용하여 크루즈선 선루 구조를 대표하는 박판 보강판의 체계적인 좌굴 강도 평가를 수 행하였다. 다양한 판 두께와 2차 보강재 유무를 포함한 보강재 구성을 갖는 패널 모델들을 복합 면내 하중 조건에서 분석하였으며, 초기 기 하학적 결함은 선급 요구사항에 따라 명시적으로 고려하여 실제적인 좌굴 거동을 확보하였다. 결과에 따르면, 2차 보강재 설치는 판의 좌굴 길이를 효과적으로 감소시켜 좌굴 강성을 크게 향상시키지만, 그 효과는 판 두께와 보강재 강성 간의 상호작용에 크게 의존한다. 변수 분석 결과, 판 두께 증가가 항상 더 높은 좌굴 강도로 이어지는 것은 아니며, 일정 두께 임계값을 넘어서면 보강재의 국부 좌굴이 극한 강도를 지배할 수 있음이 확인되었다. 또한 다양한 구성에서 일관된 좌굴 강도 경향이 관찰되어, 개별적인 설계 조정보다는 판과 보강재 변수의 통 합 최적화가 중요함을 강조한다. 본 연구의 결과는 크루즈선 선루 구조의 박판 보강판 최적화를 위한 실용적인 설계 통찰을 제공하며, DNV-PULS 방법이 예비 및 비교 설계 단계에서 좌굴 강도를 신속하고 신뢰성 있게 평가하는 도구로서의 유효성을 확인하였다.

본 연구의 목표는 정적 탠덤 진수 조건에서 대형 선박 블록의 효율적이고 정확한 종방향 강도 평가를 위한 표준화된 유한 요소 (FE) 메쉬 크기를 확정하는 것이다. FE 해석은 높은 정확도를 제공하지만, 과도한 모델링 및 계산 비용으로 인해 조선소에서의 일상적인 사용에 제약이 있다. 반대로, 간소화된 규칙 기반 빔 이론 평가는 효율적이지만, 복잡하고 부분적으로 용접된 블록 형상을 적절하게 표현 하지 못하여 생산 단계 평가의 정확성에 대한 문제를 갖고 있다. 이러한 격차를 해소하기 위해, 국부적인 용접과 스트롱백 구속 조건을 포함한 실제 제작 단계 조건을 명시적으로 반영한 174K급 LNG 운반선(LNGC) 후미 블록의 상세한 FE 모델을 분석하였다. MSC.NASTRAN 선형 정적 해석법을 사용하여 20mm에서 1,200mm까지의 요소 크기에 걸쳐 조합 응력 응답을 평가하는 체계적인 메쉬 수렴 분석을 수행하 고, 그 결과를 ABS 규칙 기반 계산 결과와 비교 분석하였다. 조밀한 요소 크기(20~100mm)는 국부적인 응력 집중에 의한 응력 차이가 크게 발생하고, 메쉬 크기가 약 800mm 이상에서는 최대응력이 일정하게 수렴하는 결과를 나타냈다. 유한 요소법으로 계산된 조합 응력은 허용 단면 계수 및 구조적 안전성 평가를 포함한 규칙 기반 평가 결과와 높은 일치도를 보였다. 따라서 요소 크기 800mm는 전체적인 종방향 강도 평가에 있어 계산 효율성과 구조적 정확도 사이의 최적의 결과를 제공하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 선급 협회의 요구 사 항을 준수하면서 신뢰할 수 있고 생산 지향적인 평가를 가능하게 하는 실용적인 유한 요소 모델링 지침을 제공하고 있다.

본 연구는 DNVGL-CG-0127 및 통합공통구조규칙(H-CSR)이 적용된 유한요소해석(FEA)을 통해 검증된, 기존 드라이도킹의 지 속 가능한 대안으로서 안벽 부유식 구조 보수의 타당성을 연구하였다. 정수압 하중을 받는 75K 제품 운반선의 전역 및 국소 거동을 시뮬레이션하여, 보수가 필요한 무시할 수 있는 변위 변화(<1%, 12.3mm~12.4mm)와 von-Mises 응력(26.4MPa, 허용 한계값 188MPa의 14%) 에서, 구조적 무결성을 확인했다. 최적화된 보수 설계는 고강도 해양 등급 강재(예: AH36)와 하위 모델링 기법을 활용하여 Saint-Venant 의 원리와 선형 탄성 가정을 준수하면서 기하학적 불연속점의 응력 집중을 해결하였다. 선급 지침을 준수하면 유체역학적 안정성과 하 중 경로 충실도가 보장되어 선박 운항 중단을 최소화할 수 있습니다. 본 연구 결과는 비용 효율적이고 시간 효율적인 유지보수로의 패 러다임 전환을 보여주며, 기존 방식 대비 가동 중단 시간을 최대 30% 단축합니다. 향후 추진 방향에는 동적 하중 하의 피로 분석, AI 기반 최적화, 그리고 실시간 구조 건전성 모니터링을 위한 디지털 트윈 통합이 포함되며, 이는 해양 탈탄소화 및 운영 민첩성 목표 달 성에 부합한다. 본 연구는 노후화된 선박의 성능 개선을 위한 확장 가능한 프레임워크를 제공하며, 계산 정밀도와 지속가능성에 대한 업계의 요구를 충족한다.

이 연구는 다목적 선박(MPV)의 공기역학적 구조물 설계, 분석 및 향상을 통해 그린 워터 압력에 의한 구조적 안전을 보장하고, 탈탄소화 및 에너지 효율성에 이바지하는 방법을 기술하였다. 유한 요소 분석(FEA)을 통한 초기 평가에서 좌굴 발생에 대한 잠재적인 취약점 이 있음을 확인하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해 보강재(Carling stiffener)와 두께 증가를 통하여 응력을 재분배하고 국부적인 좌굴 발생의 위험을 최소화하였다. 보강 후 분석 결과, 한국선급(KR)의 안전 기준인 항복 강도, 미국 선급(ABS) 좌굴 강도 및 노르웨이 표준(NORSOK) 변 위 기준을 모두 충족하는 것이 확인되었다. 결과적으로 고유치 좌굴 해석 결과가 안전 기준을 초과하고 최대 변위가 허용 한계 내에 있는 등 중요한 개선이 이루어졌다. 이러한 개선은 극한의 해양 조건에서 운영 신뢰성을 보장할 수 있다. 이 연구는 공기역학적 항력 감소와 구조적 안전성의 이중적인 이점을 강조하며, 국제 해사 기구(IMO)의 2050 탈탄소화 목표에 부합하는 연료 효율성 및 온실가스 배출 감소에 이바지할 수 있다. 연구 결과는 다양한 선박 유형에 걸쳐 항력 감소 기술을 확장하기 위한 기초 자료를 제공하며, 지속 가능하고 탄력적인 해양 운영을 위한 대안을 제시하였다. 향후 연구는 구조적 안전 평가를 가속할 수 있는 단순화된 모델링 기술 개발에 집중할 것이다.

연안에서 주로 사용하고 있는 파워보트(Power boat)와 워크보트(Work boat)는 주로 섬유강화플라스틱(Fiber reinforced plastic, 섬유 강화플라스틱)을 주재료로 제작됐으나 2000년대에 들어오면서 섬유강화플라스틱 선체에 대한 환경오염 및 해양 안전에 관한 법규 규제가 강화로 규제되고 있다. 즉, 섬유강화플라스틱은 재활용할 수 없으며 폐기 시 자연에서 분해되는 데 100년 이상 걸리는 매우 반환경적 특 성이 있다. 고밀도폴리에틸렌(High density polyethylene) 소재 적용 선박은 기존의 섬유강화플라스틱 선박에 비해 가벼워 부력이 높고, 내충 격성이 뛰어날 뿐 아니라 유해 물질 발생이 없으므로 폐선 시 100% 재활용이 가능하다. 최근 친환경 소형 선박 소재로 주목받고 있고, 국 내 연해에 항해하는 중, 소형 선박의 선체용 소재로 활용 가치가 높을 것으로 기대되고 있다. 연구에서는 고속 경구 조선 기준에 만족하 는 구조 강도 안전성을 검토하였고, 상세 유한요소모델링 기반으로 항복강도 및 좌굴강도를 검토하였다. 외력 작용 시 선체와 연결된 선 루 구조 강도를 종합적으로 검토하기 위하여 상세 모델링이 적용되었고, 구조해석 결과 적용 시 선저판 두께를 150% 증가시키는 변경을 반영하였다. 하중조합 별 각 패널에서의 좌굴강도 평가를 수행하였으며, 연구에서 수행한 주요 절차들은 향후 고밀도폴리에틸렌을 소재 로 한 중, 소형 선박의 구조 안전성 평가 시 좋은 참고 자료가 될 것으로 기대된다.

최근 개발 및 상용화가 되는 해상풍력발전기의 용량이 15MW로 증가하면서 나셀 중량의 증가와 함께 블레이드와 타워의 크기 가 증가하고 있다. 원통 형상의 타워는 단순한 구조 형상을 갖고 있지만 블레이드가 회전하면서 발생하는 추력과 모멘트, 나셀과 블레이 드의 자중 그리고 타워 자체가 받는 풍하중에 매우 안전하게 지지해야 하는 아주 중요한 구성 요소이다. 다른 요소에 비해 파손이 발생하 면 파생되는 손실 위험도가 매우 크고 풍력발전기 가격의 25%를 차지한다. 본 연구의 주요 대상은 풍력발전기 타워이며, 복잡한 시간 이 력 하중 조합에 의한 구조 안전성 평가를 더욱 직관적으로 검증할 수 있는 단순화된 평가법을 제안하고자 한다. 구조 안전성 평가를 위해 서 사용된 프로그램은 NASTRAN이며 적용 하중은 풍력발전기 해석을 통하여 계산된 면내 전단하중 정보를 적용하였다. 신속한 구조 안 전성 검토를 위하여, 복잡한 하중 조합 조건을 단순화하고, 극한하중과 좌굴 그리고 피로수명까지 순차적으로 검토하였다. 유한요소해석 법에 따른 최소 수명 지점인 can 용접부를 EUROCODE 3에 의해서 계산하면 112.5년으로 평가하며 변동 피로 하중을 고려하는 방식이 다르고, 코드에서는 경험 계수를 고려하고 있어서 직접 비교는 어렵지만 유사한 경향은 확인할 수 있었다. 연구를 통하여 제시된 면내 하중 조합법을 이용하면 이른 시일 안에 타워의 구조 안전성을 검증이 가능하며 이에 따라 최종중량에 대한 확신을 높일 수가 있다.

선박 건조 과정에서 블록이나 장비를 지지하는 A형 캐리어 구조는 하중 변경과 시간이 지남에 따라 점차 변형이 증가하며, 이 에 따라 블록과 접촉하는 면적이 감소하고 분산된 하중에서 집중된 하중으로 패턴이 변화한다. 이러한 현상은 실제 사용 하중을 오판할 가능성이 있다. 특히 A형 캐리어는 영세한 제조 업체에서 자주 사용하고 있으며, 별도의 엔지니어링 기능이 없는 상황이 대부분이라서 손 쉽게 캐리어의 안전사용하중을 계산하는 방법의 개발이 필요하다. 본 연구는 A형 캐리어가 장기적으로 안전하게 사용할 수 있는 하중을 신속하게 평가하는 방법을 제안함으로써, 하중 분포의 변화에 따른 소성 변형과 그로 인한 안전 문제를 예측하고 대응할 수 있다. 제안된 방법은 캐리어의 중앙 집중하중과 전체 분포하중 조건에 대해서 유한요소해석(빔, 쉘 모델링)을 통한 결과를 기반으로 빔-이론을 수정하 여 제안되었다. 빔 모델링에서 집중하중 조건은 보정계수 0.73, 분포하중에서는 0.69를 이론값에 곱해서 안전사용하중이 가능하다. 쉘 모 델링의 경우, 집중하중은 0.75와 분포하중은 0.69를 사용할 수 있다. 본 연구는 선박 건조 작업 현장의 안전을 개선하고, 실제 작업 환경에 서의 안전 사용 하중 판단에 신속하고 효과적인 결정을 내릴 수 있는 기초 자료로 활용될 수 있다.

해상풍력발전 시장의 성장과 함께 해상풍력발전기 설치 선 시장에 대한 기대감이 커지고 있다. 해상풍력발전 시장 내 2030년까 지 약 100척의 설치 선이 필요할 것으로 전망되고 있다. 척당 가격이 3,000∼4,000억 원이라서 일반 운반선보다 고부가가치 시장이다. 특 히, 풍력발전기 용량이 11MW 이상의 대형 설치 선의 수요가 커지고 있다. 중국을 중심으로 아시아 해상풍력발전기 시장의 급성장으로 이 지역에서 운용 가능한 설치 선에 대한 발주에 대한 협의가 많다. 아시아권역 대부분의 해저 지질은 지지 반력이 작은 점토층으로 구성되 어 있다. 이러한 특성에 의해서 설치 선이 작업을 위해 수면 밖으로 오르고 내림 시 스퍼드캔(Spudcan)과 레그(Leg)의 관입 깊이가 크게 발 생한다. 연구에서는 최소 3m에서 최대 21m까지 관입 변수를 이용하여 관입 깊이에 따른 고유 진동 주기, 레그의 구조 안전성 평가 그리고 전복 안전성 지수를 평가하였다. 관입 깊이가 증가하면 고유 진동 주기가 짧아지고, 레그의 모멘트 길이가 짧아져서 구조 강도의 여유 치 가 증가한다. 모든 입사각에서 전복 모멘트에 대해 안전하며, 최댓값은 270도에서 발생한다. 본 연구를 통하여 검토된 조건들은 연약 지반 에서 설치 선의 운용 절차서를 작성 시 관입 깊이에 따라서 레그를 어떻게 운용해야 하는지 판단할 수 있는 중요한 자료로 활용할 수 있 다. 결론적으로 관입 깊이에 따른 레그 구조 안전성을 정확히 파악하는 것은 설치 선의 안전과 직결된 문제이다.

선박이 부두에 안전하게 계류 및 예인하기 위해서는 관련 국제규정에 부합하는 설계를 해야 한다. 그러나 현재까지도 일부 소 형 조선소 및 설계 회사에서는 그 내용을 정확히 숙지하지 못하고 있는 경우가 많다. 따라서 본 논문에서는 예인 및 계류설비에 관한 국 제규정을 살펴보고, 최신 발효된 MEG4(Mooring equipment guideline 4) 기준에 만족하는 대표적인 계류 의장품인 볼라드(Bollard)와 쵸크 (Chock)를 개발하고자 한다. 볼라드는 계류 밧줄을 선체에 고박하기 위한 의장품이며, 일반적으로 2개의 기둥으로, 대부분은 8자 매듭 형 태로 사용하고 있다. 쵸크는 선외에서 선내로 들어오는 계류 밧줄의 방향을 전환하고, 밧줄의 손상을 방지하기 위하여 곡률을 갖는 주물 방식으로 제작한다. 이 두 가지 계류 의장품은 선박의 선수와 선미, 중앙부 측면에서 많이 사용되고 있다. 최근 컨테이너선 및 LNG 운반 선의 크기 증가로 인하여, 계류 밧줄 하중이 증가하고 있으며, 계류 의장품도 안전사용하중(Safe working load)이 변경되어야 한다. 본 연구 에서는 유한요소해석 모델링을 통한 허용응력 평가법 결과를 정리하고, 분석하였다. 추가적으로 비선형 붕괴 거동 평가를 통하여, 안전사 용하중 결정에 대한 검증을 수행하였고, 탄성영역 내 설계가 되었음을 확인하였다. 연구에서 제안하는 평가법 및 기준, 그리고 해석절차 는 향후 유사 의장품 개발 시 참조가 가능하다.