선박 및 해양구조물에서 사용하고 있는 고강도 알루미늄 합금들은 스틸과 비교해서 많은 이점을 가지고 있다. 최근 고강도 알루미늄 합금들은 육상 및 해양에 폭넓게 사용되고 있으며, 특히, 특수목적 선박의 선체 외판구조에 많이 이용되고 있고, 교량 구조물에 사용되는 상자 구조물, 그리고 고정식 해양플랫폼의 상부구조에서 소비율이 증가하고 있다. 알루미늄 재료는 스틸보다 1/3의 중량 구성비를 통하여, 구성 중량을 줄이게 하여 연비 절감을 가능하게 한다. 일반적인 강구조물의 응력-변형률 관계와 비교하면, 용접가공에 따라 발생하는 열영향부의 존재로 인하여 상당히 다르게 나타난다. 왜냐하면, 강구조물과 비교하면 열전도율이 높아서, 열영향부(heat affected zone, HAZ)가 남아 있어 구조 강도 저하를 가져온다. 본 논문에서는 MIG(Metal inert gas) 용접 때문에 발생하는 열영향부를 고려하고, 종방향 압축 하중에 대한 알루미늄 보강판의 좌굴 및 최종강도 특성을 분석하였다. MIG 용접에 따른 열영향부를 고려한 경우, 좌굴 및 최종강도 모두 감소하며, 열영향부의 범위가 15 mm부터 항복 이후 에너지 소실률이 크게 나타나며, 25 mm 이상부터는 그 차이가 크지 않다. 따라서, 알루미늄 합금재료를 적용한 보강판의 구조 거동을 파악하기 위해서는 열영향부 영향에 대한 검토 및 분석이 중요하다.

우리나라는 지진으로부터 안전한 국가라는 인식이 형성되었으나 최근 경주와 포항 지진에 의해 발생된 구조물 피해로 구조물 안전성 확보를 위한 관심이 증가하고 있다. 국내 중저층 건축물에 다수 적용되고 있는 철골 모멘트 골조는 기본적인 내진성능을 보유하고 있지만 보-기둥 접합부의 소성변형으로 인한 취성파괴로 다양한 문제를 발생시킨다. 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해 구조물에 상온에서 잔류변형으로부터 원형복원이 가능한 초탄성 형상기억합금의 활용에 관한 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 소성변형이 집중되는 보 플랜지 부재에 초탄성 형상기억합금 보강판을 활용한 보–기둥 접합부에 대하여 실험을 통한 실질적인 내진성능을 평가하고자 한다.

보강판은 선박이나 해양구조물에서 폭넓게 사용되고 있는 기본적인 강도 부재이다. 이러한 보강판은 선박의 갑판부, 선측부, 선저부에 흔히 사용되고 있다. 보강판은 보강재가 어느 한 방향으로 또는 양방향으로 구성되어 있으며 후자에 대해서 보통 그릴리지라고 한다. 보강판의 좌굴 및 소성붕괴는 선각거더의 파손 원인이 되므로 좌굴 및 최종강도가 정확하게 규명할 필요가 있다. 본 연구에서는 범용유한요소해석코드인 ANSYS를 이용하여 좌굴 및 좌굴 후 거동에 대한 평가를 수행하고 보강재 치수변화, 수압의 영향을 고려하여 압축최종강도에 대해 해석 수행하였다.

본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 Pasternak 지반 위에 놓인 보강판의 고유치해석을 수행하였다. 보강판 해석은 Mindlin 판 이론과 Timoshenko 보-기둥 이론을 적용하여 해석하였으며, 유한요소법 적용시 판요소는 8절점 Serendipity 요소계를, 보요소는 3절점 유한요소를 적용하였다. 탄성지반은 지반의 연속성을 고려한 Pasternak 지반으로 모형화하였다. 본 연구의 타당성을 검증하기 위하여 이 연구의 결과를 문헌, 실험 및 SAP 2000의 결과와 비교하였다. 이 연구의 결과로 문헌 해가 존재하지 않는 Pasternak 지반 위에 놓인 보강판의 지반 변수의 변화 및 보강재 크기에 따른 고유진동수를 산정하였다.

선체구조는 기본적으로 판부재의 조합으로 이루어져 있으며, 이러한 판부재는 하중분담 능력에 따라서 전체적인 구조의 강도에 큰 영향을 미치게 된다. 또한 각 구조적인 판부재는 개별적으로 거동하는 것이 아니라 종합적인 구조로서 작용하게 된다. 선박구조물은 강구조물과 해양구조물에서와는 달리 고정도의 부정정 구조물로 구성되어 있으며, 이러한 구조물의 거동을 정확하게 규명하기 위해서는 복잡하게 구성되어 있는 선체판넬 구조를 단순화시켜서 해석에 적용하여야 한다. 본 연구에서는 선체판넬구조의 모델링영역에 따른 최종강도 거동의 차이를 분석하여, 합리적인 모델링영역을 규명하고자 한다. 사용된 해석모델은 실제 상선의 이중저구조에서 사용되는 판넬에서 채택하였으며, 유한요소해석 모델링 시 3가지 서로 다른 해석영역을 지정하여 적용하였다. 본 연구의 목적은 일축압축하중이 작용하는 보강판넬구조에서 서로 다른 모델링영역을 갖는 보강판에서의 최종강도 거동을 분석하여 최적의 해석모델링 영역을 찾는 것이다.

The main objective of this paper is to analyze the r('ctangular stiffened plates with two opposite ends elasti cally restrained and t he others simply supported subjected to in-plane bending by Finite Element κ1ethod. Another objecti ve is to develope Classical Method analyzing the unstiffened rectangular plates with the above boundary conditions. In order to validate finite element and classical methods, the buck , ling strengths of the rectangular plates with four simply supported ends, and with two simply supported and the others fixed ends by fini te element method and classical method are compared with those of references. In finite element method, elas tically restrained ends can be obtained as considering torsional and warping rigidities of end stiffeners. The buckling strengths of the rectangular plates with elastically restrained ends by finit e element and classical methods are calcu lated and compared with each other.In case of stiffened plates, to validate finite elernent rnethod, the buckling strengths of the rectangular stiffened plates with four sirnply supported ends, and with two sirnply supported and the others fixed ends are also cornpared with those of references. The buckling strengths of the rectangular stiffened plates with elastically restrained ends by finite elernent rnethod are calculated as solving eigenvalue problerns which are obtained as assernbling rectangular plate elernents and bearn elernents considered torsional and warping rigidities. The buckling strengths of rectangular stiffened plates according to various positions of rectangular intermediate stiffener, J and 1" of end stiffeners are also obtained, which are cornpared to deterrnine the efficient position of interrnediate stiffener.

전단변형을 고려한 보강재요소를 p-version 유한요소법을 사용하여 정식화 하였다. 적분형 르장드르 다항식으로부터 유도된 계층적 C0-형상함수를 5자유도를 갖는 보강재와 평판요소의 조립강성도 행렬을 정의하는데 사용하였다. 보강재와 평판의 접속부에서 변위의 적합성을 만족시키기 위해 적절한 좌표변환행렬을 사용하여 국부좌표계에서 정의된 보강재의 강성도 행렬을 기준좌표계인 평판의 좌표계로 변환시켰다. 평판의 기준좌표계에 대한 보강재의 방향과 편심효과를 설명할 수 있는 변환행렬이 평판과 보강재의 접속부에서의 국부적인 거동과 합성구조로 된 보강판에서 평판과 보강재가 감당하는 상대적인 강도 분담을 파악하기 위해 사용되었다. p-version 유한요소법에 의한 결과를 기존의 연구결과와 비교하였으며, 특히 h-version유한요소해석 프로그램인 MICROFEAP-II의 결과를 비교하였다.

열간압연된 형강은 수직재나 휨재 등으로 사용할 때 파이프나 덕트 등의 설비에 필요한 공간을 확보하기 위해 웨브에 개구부를 두기도 한다. 개구부를 갖는 형강의 웨브는 면내력을 받는 사각형 평판으로 고려하여 좌굴하중을 구하였다. 재하변은 단순지지로 하고 재하변은 직각인 변은 탄성지지단으로 보고 해석하였으며, 국부좌굴에 대한 보강을 위해 개구부 주위(하중 방향과 평행한 두변)에 보강재를 두어 단면 손실에 대한 좌굴하중의 감소를 보강하였다. 본 연구에서는 평판에 대한 고전적인 이론해와 유한요소에 의한 해석해를 비교하여, 해석에 대한 해의 정확성을 검증한 후 개구부의 크기, 보강재의 크기와 탄성지지단의 비틀림 상수의 변화에 대한 효과를 알아보았다. 그 결과 이론해와 해석해의 오차는 0.31%로 상당히 정밀한 해석해를 얻었으며, 비틀림 상수의 크기와 보강재의 크기에 따라 유공 보강판의 효과적인 개구부 크기를 결정하였다.

In this paper, the buckling analysis was performed to compare the buckling mode and the buckling load for siffened plates having ㄷ, Reverse T, corrugated wave, ㄹ, honeycomb and ㅁ types of ribs. In the case of the rib space S=300mm, various types of buckling modes were appeared according to the rib types. In the case of the rib space S=450 and 600mm, the buckling loads of ㄹ, ㅁ and honeycomb were bigger than that of ㄷ and ㅁ type was the biggest.

일반적으로 압축을 받는 판 구조는 국부 판좌굴 거동에 의해 압축강도가 현저히 저감하는 것을 방지하기 위해 종방향 보강재를 적용하여 세장비를 적절히 조정한다. 이 때 보강재로서 U형 단면 리브를 사용하는 것이 보다 효과적일 수 있으나, 정량적으로 평가할 만한 방법이 마땅치 않아 수치해석적으로 규명될 필요가 있다. 이에, 본 연구에서는 U리브의 단면 크기에 따라 실용적인 구현이 가능한 세 가지 U리브 형태를 상정하고 탄성좌굴강도에 대한 영향을 살펴보고자 한다. 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 3차원 해석모델을 수립하여 고유치 해석을 실시하였다. 이를 통해, 국부좌굴강도를 수치적으로 평가하였으며 U형 단면 리브를 적용함에 의해 좌굴강도가 증진하는 효과를 확인하였다. 세 가지 U리브 형태 중에서 단면이 작은 경우에 좌굴강도가 최대로 증가되는 경향을 볼 수 있다.

일반적으로 선박 및 해양구조물에서 사용하고 있는 고강도 알루미늄 재료들은 일반 강재에 비해서 많은 이점들을 가지고 있다. 이러한 알루미늄 재료들은 여러 분야에 걸쳐서 폭넓게 사용되고 있으며, 특히, 초고속 선박의 선체와 갑판부에 많이 이용되어지고 있고, 교량구조물에 사용되는 박스 거더, 그리고 해양구조물의 갑판부와 선측구조에도 널리 이용되고 있다. 이러한 알루미늄 구조는 전체적인 구조부재의 중량을 감소하게 하면서 선속의 증가를 가져온다. 일반적인 강구조물의 응력-변형률 관계와 비교하여 보면, 용접가공에 의하여 발생되는 열영향부의 존재로 인하여 상당히 다르게 나타난다. 왜냐하면, 강구조물에 비해 열전도율이 높아서, 열영향부(heat affected zone, HAZ)의 영향이 크게 작용하기 때문이다. 본 논문에서는 종방향 압축하중을 받는 알루미늄 보강 판넬의 최종강도 특성에 대하여, 열영향부의 범위를 변화한 유한요소해석을 통하여, 열영향부의 범위와 파굴 및 최종강도 거동의 관계에 대해서 고찰하였다.

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.

선체구조는 기본적으로 판부재의 조합으로 이루어져 있으며, 이러한 판부재의 하중분담 능력 혹은 최종강도 평가는 선체구조의 합리적인 설계 및 구조의 안정성 평가에 있어서는 아주 중요하다. 또한, 선체구조를 구성하고 있는 구조요소들은 작용외력에 대하여 개별적으로 작용하지 않으며 전체적으로 연속거동을 하게 된다. 실제 선박에서의 붕괴형태 중 한가지는 종방향 굽휨에 의해서 갑판 혹은 선저부에 좌굴 및 소성붕괴이다. 그래서, 합리적인 설계에서는 이러한 급작스런 붕괴형태를 방지하기 위하여 좌굴 및 소성붕괴 거동을 파악하는 것이 아주 중요하며, 실제 선박에서는 갑판부와 선저부에서는 하중분담 능력을 증가시키기 위하여 여러개의 종보강재를 가진 보강판 구조의 설계를 하게 된다. 본 연구에서는 선체 판넬구조의 모델링 방법에 따른 최종강도 거동의 차이를 분석하여, 합리적인 모델링영역을 규명하고자 한다. 사용된 해석 모델은 실제 상선의 이중저구조에서 사용되는 판넬에서 채택하였으며 유한요소해석 모델링 시 3가지 단면형상에 대해 각각 6가지 서로 다른 해석모델을 적용하였으며, 이때 보강재의 단면형상을 변화하였다. 본 연구의 목적은 압축하중이 작용하는 선체 보강판구조에서 해석영역에 대한 좌굴 및 최종강도 거동의 특성을 분석하였다.

선체의 갑판부와 선저부 그리고 해양구조물의 기본적인 구조는 보강판이다. 보강판넬은 한쪽방향으로 위치한 보강재 혹은 종/횡 방향으로 복잡하게 위치한 구조를 이루고 있으며, 후자의 모델을 그릴리지 구조라고 부른다 선체구조설계 단계에서 선박의 종강도 평가는 가장 중요한 항목이다. 일반적으로, 극심한 해상상태에 놓인 선박의 선저부에는 호깅조건에 의해 발생되는 횡모멘트에 기인하여 압축하중이 작용하게 되며, 이와 동시에 수압하중 작용으로 인한 국부휭모멘트가 작용된다. 본 논문에서는, 구조해석 결과의 검증을 위해서 여러 가지 해석프로그램 및 현재 사용되고 있는 선급룰과의 비교를 하여 횡하중의 영향에 따른 압축최종강도에 대해 분석하고, 여러 가지 설계변수를 변화하여, 각각의 영향을 검토하고, 최종적으로 조합하중 조건에서의 횡하중의 영향에 대해서 분석하였다. 본 연구에서 얻어진 결과들은 최종한계상태설계법에 기반을 두고, 조합하중이 작용하는 선체보강판의 구조강도 거동에 대해서 하중성분에 대한 관계를 고찰하였다.

The purpose of this paper is the optimum modification of dynamic characteristics of stiffened plate structure including the number of stiffener. This paper shows the optimum structural modification method by dynamic sensitivity analysis and quasi-least squares method and considers it's validity. In the method of the optimization, finite element method, sensitivity analysis and optimum structural modification method are used. The change of natural frequency and total weight are made to be an objective function. Thickness of plate, the number of stiffener and cross section moment of stiffener become a design variable. The dynamic characteristics of stiffened plate structure is analyzed using finite element method. Next, rate of change of dynamic characteristics by the change of design variable is calculated using the sensitivity analysis. Then, amount of change of design variable is calculated using optimum structural modification method. It is shown that the results are effective in the optimum modification for dynamic characteristics of the stiffened plate structure including the number of stiffener.

본 논문은 선체구조에 많이 이용되고 있는 보강판 구조물의 동적 특성을 최적 변경하는데 그 목적이 있다. 유한요소법(FEM), 동적 감도해석법, 최적구조 변경법을 이용하여 보강판의 동적 특성을 최적화한다. 먼저, FEM을 이용하여 보강판 구조물의 동적 특성을 해석한다. 다음으로 설계변수의 변화에 따른 동적 특성의 변화율을 동적 감도해석법으로 해석한다. 감도해석법으로 구한 감도값과 최적구조 변경법을 이용하여 설계변수들의 변경 량을 계산한다. 보강판 구조물의 고유진동수의 변경을 목적함수로 하고, 보강판의 두께와 보강재의 단면2차 모우멘트를 설계 변수로 한다. 본 논문에서 이용한 최적구조 변경법이 보강판 구조물의 동특성을 최적화하는데 유용함을 보여준다.