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.

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.

국제유가가 배럴당 85달러에서 하반기에는 최대 100달러까지 오를 것으로 예상하여 세계 시장에서 해양플랜트 발주가 늘어 날 가능성이 크다. 해양플랜트의 주요 특징 중 한 가지는 탑사이드에 대형 헬리데크가 위치하며 경량화 및 내부식성을 위하여 알루미 늄 합금을 구조의 기본 재료로 사용하고 있다. 선주사는 긴급 상황 발생 시 신속한 인명 대피를 위하여 헬리콥터 크기를 대형화하는 추세이고, 헬리콥터를 데크에 안정적으로 고박할 수 있는 장치의 안전사용하중도 증가가 필요하다. 알루미늄 재질의 특성상 용접에 의 한 구조 강도 저하가 크기 때문에, 고정 장치는 데크에 매립하여 볼트로 고정하는 방식으로 설계가 필요하다. 본 연구에서는 대형 헬 리데크(직경=28m)에 사용이 가능한 헬리콥터 고정 장치를 개발하기 위하여 알루미늄 합금 6082-T6를 적용한 모델을 개발하였다. 개발 된 고정 장치는 실제 고박에 사용하는 하중 조건을 만족하도록 비선형구조 강도 계산을 통하여 검증하였다. 45도 경사각을 갖는 하중 조건은 국부적인 소성 붕괴로 인하여 90도 조건에 비해 낮은 최종강도를 나타냈다. 최종 모델에 대한 비선형 구조 붕괴 거동은 강도 실험과 경향이 유사하게 나타났다. 본 연구에서 도출한 주요 내용은 유사 알루미늄 기자재의 구조 강도 검토 시 참고 문헌이 될 것으 로 판단된다.

This paper proposes a method to evaluate the structural safety of a large wide-width greenhouse structure against wind load caused by a typhoon through a fluid structure interaction analysis technique. The conventional method consisted of roughly estimating the wind load based on the relevant laws and regulations, and determining safety through structural analysis. However, since the wind load changes nonlinearly according to the wind speed distribution and wind direction around the greenhouse and the external shape of the structure, there are many uncertainties in the existing structural safety evaluation method, and it is difficult to accurately determine the design margin. In this study, a systematic method was developed to accurately calculate the wind load acting on a greenhouse structure and evaluate structural safety by considering the characteristics of wind through a fluid structure interaction analysis using coupled computational fluid dynamics and computational structural mechanics. Using the proposed method, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost because it is possible to obtain an optimal design that reduces the over-conservative design margin while securing the structural strength of the greenhouse.

In the automobile manufacturing industry, lightweight design is one of the essential challenges to be solved fundamentally. The vehicle wheels are classified as safety related components as the main substructure of the vehicle. In this study, we illustrate a technique for selecting the appropriate number of spokes. Based on the basic model of the selected number of spokes, we propose a method to maintain stiffness and design lightweight using topology optimization software. Based on the basic model of the selected number of spokes, it was redesigned to be lightweight while maintaining stiffness by utilizing topology optimization software. By comparing and reviewing the structural analysis results of the basic model and the redesigned model, a design technique that can maintain structural safety and reduce wheel mass was proposed.

로터 블레이드는 조류발전 터빈의 매우 중요한 구성 요소로서, 해수의 높은 밀도로 인해 큰 추력(Trust force)와 하중(Load)의 영 향을 받는다. 따라서 블레이드의 형상 및 구조 설계를 통한 성능과 복합소재를 적용한 블레이드의 구조적 안전성을 반드시 확보해야 한 다. 본 연구에서는 블레이드 설계 기법인 BEM(Blade Element Momentum) 이론을 이용해 1MW급 대형 터빈 블레이드를 설계하였으며, 터빈 블레이드의 재료는 강화섬유 중의 하나인 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)를 기본으로 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 샌드위치 구조에 적용해 블레이드 단면을 적층(Lay-up)하였다. 또한 유동의 변화에 따른 구조적 안전성을 평가하기 위해 유체-구조 연성해석 (Fluid-Structure Interactive Analysis, FSI) 기법을 이용한 선형적 탄성범위 안의 정적 하중해석을 수행하였으며, 블레이드의 팁 변형량, 변형 률, 파손지수를 분석해 구조적 안전성을 평가하였다. 결과적으로, CFRP가 적용된 Model-B의 경우 팁 변형량과 블레이드의 중량을 감소시 켰으며, 파손지수 IRF(Inverse Reserce Factor)가 Model-A의 3.0*Vr를 제외한 모든 하중 영역에서 1.0 이하를 지시해 안전성을 확보할 수 있었 다. 향후 블레이드의 재료변경과 적층 패턴의 재설계뿐 아니라 다양한 파손이론을 적용해 구조건전성을 평가할 예정이다.

In this study, we collect water control valves that have had accidents due to existing cracks, etc. are collected, and propose investigation items for strengthening the valve structural safety evaluation through a series of analyzes from valve specifications to physicochemical properties are proposed. The results of this study are as follows. First, there was a large variation in the thickness of the body or flange of the valves to be investigated, which is considered to be very important factor, because it may affect the safety of the valve body against internal pressure and the flange connected with the bolt nut. Second, 60% of the valves under investigation had many voids in the valve body and flange, etc. and the decrease in thickness due to corrosion was relatively large on the inner surface in contact with water rather than the outer surface. It is judged that the investigation of depth included voids is very important factor. Third, all valves to be investigated are made of gray cast iron foam, and therefore it is judged that there is no major problem in chemical composition. It is judged that the chemical composition should be investigated. Fourth, as a physical investigation item, the analysis of metal morphology structure seems to be a very important factor for nodular cast iron from rather than a gray cast iron foam water valve with a flake structure. As it was found to be 46.7~68.8% of the standard recommended by KS, it could have a direct effect on damage such as cracks, and therefore it is judged that the evaluation of tensile strength is very important in evaluating the safety of the valve.

As modern industries are highly being developed, it is required that mechanical parts have to be manufactured with a high precision. In order to have precise parts, error-free designs have to be done before manufacturing with accuracy. For this intention being fulfilled, a mechanical analysis is essential for design proof. Nowadays, FEM simulation is a popular tool for verifying a machine design. In this paper, an impeller, being utilized in a compressor or an oil mixer as an actuator, is studied for an evaluation. The purpose of this study is to present a safety of an impeller for a proof of its mechanical stability. A static analysis for stress, strain, and deformation within a regular usage is examined. This simulation test shows 357.26×106 Pa for maximum equivalent stress and 0.207mm for total deformation. A fatigue test is carried to provide durability and its result shows that minimum safety factor is 3.2889, which guarantees that it runs without a fatigue failure in 106 cycles. The natural frequencies for the impeller is ranged from 228.09Hz to 1,253.6Hz for the 1st to the 6th mode. Total deformations at these natural frequencies are shown from 6.84mm to 12.631mm. Furthermore, Campbell diagram reveals that a critical speed is not found throughout regular rotational speeds. From the test results for the analysis, this paper concludes that the suggested impeller is proved for its mechanical safety and good to utilize at industries.

해양플랜트는 발주처와 선급에서 요구하는 다양한 항목들을 설계할 시에 반영하여야 한다. 특히, 해양구조물에 탑재되는 Topside Module의 경우 육상플랜트와는 다르게 공간적 제약이 크고 구조물의 움직임과 같은 해상 환경조건 및 안전과 관련된 요구사항들이 많아 그 설계 과정이 매우 까다롭다. 본 연구에서는 Topside Module에 들어가는 주요장비 중 하나인 HPU(Hydraulic Power Unit) 구조물에 작용하는 하중을 DNVGL 규칙에 따라 계산하고, 각 하중조건에 따른 구조안전성 평가를 진행하였고 개발된 제품의 구조 신뢰성을 향상하고자 하였다. 구조해석은 범용프로그램인 MSC 소프트웨어를 사용하였고, 총 5가지 하중 조건으로 구조해석을 진행하여 다양한 움직임에 대한 안전성을 검토하였다. 그 결과 선미 방향 Pitching 상태(Load Case 5)에서 최대 응력이 발생하였고, 응력 수준은 허용응력의 약 85 % 수준이고, 최대변위는 허용치의 약 5 % 수준으로 구조안전성이 확인되었으며 부재 간 간섭은 발생하지 않았다.