최근 이상적인 자연현상으로 인해 돌풍, 태풍 및 쓰나미 등 비상상황이 자주 발생하고 있고, 이로 인해 항내 계류선박은 선체거동을 미리 예측하여 해석하고, 선체거동을 제어하지 못해 계류선박의 계류시스템이 손상되면 해양사고가 발생할 수 있다. 따라서 계류시스템의 손상이 예상되는 경우 정량적 판단에 의해 항내 계류할 것인지 아니면 항외로 피항할 것인지 결정할 필요가 있다. 본 연구에서는 외력에 의한 계류선박의 거동해석 및 계류시스템 제어를 위해 대학내 전용 부두에 계류중인 실습선을 대상으로 계류안전성을 평가하였다. 계류삭의 최대장력을 분석한 결과, 파주기 12초 및 15초인 경우에는 대부분 허용강도(S.W.L)를 초과하는 것으로 분석되었다. 계선주에 작용하는 최대견인력을 분석한 결과, 해당 위치에 설치된 지 노후화된 소형 계선주에 다수의 계류삭을 체결함으로서 모든 평가 Case에서 계선주 허용규격인 35톤을 초과하는 것으로 분석되었다. 선체동요 및 하역안전성 평가결과 파주기 12초 이상 및 풍속 25노트 조건에서는 Surge 운동의 한계값인 3.0미터를 초과하는 것으로 분석되었다. 그 결과를 토대로 계류시스템 제어를 위한 판단기준이 되는 풍속, 파고 및 파주기 등의 주요 외력조건별 고위험, 위험 및 보통 위험 등 3단계의 리스크 매트릭스(Risk Matrix)를 작성하여, 계류시스템 제어를 위한 판단기준이 되는 위기관리 대응매뉴얼로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

선체를 구성하는 판부재는 일반적으로 면내하중과 횡하중의 조합하중이 작용하게 된다. 면내하중으로서는 주로 전체적인 선체거더의 휨과 비틀림에 의한 압축하중 및 전단하중이 있다. 횡하중은 수압과 화물압력에 의해서 작용하게 된다. 이러한 하중의 요소들은 항상 동시에 작용하는 것은 아니지만 한 개 이상의 하중이 존재하고 상호작용하게 된다. 그러므로, 좀 더 합리적이고 안정적인 선박구조의 설계를 위해서는 이러한 조합하중이 선체판에 작용할 경우에 발생하게 되는 좌굴 및 최종강도거동의 상호관계를 좀 더 자세히 분석할 필요가 있다. 실제로 선체판은 슬래밍과 팬팅과 같은 충격하중을 제외하고는 상대적으로 작은 수압이 작용하게 된다. 본 연구에서는 조합하중을 받는 선체판부재의 거동에 있어서 최종한계상태 설계법에 기반을 둔 탄소성대변형 유한요소해석을 수행하였다. 본 연구에서는 압축하중과 횡하중이 판부재에 작용하였을 경우 횡하중의 크기에 따른 2차좌굴 거동의 영향을 탄소성대변형 유한요소해석(ANSYS)으로 분석하였다.

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.

지금까지의 강구조설계에서는 일반적인 탄성좌굴개념을 적용하고 있다. 왜냐하면 현재까지의 실적선의 데이터와 경험적인 방법에 의해 도출된 여러 가지 룰에 의한 데이터가 상당히 신뢰할만한 정도를 갖고 있기 때문이라고 판단하기 때문이다. 그러나, 최근들어 판두께가 박판인 고장력강재가 선체에 폭넓게 사용되어지면서 탄성좌굴발생 시점이 빨라졌으며 이에따른 탄소성거동을 정확히 예측할 필요성이 대두되고 있다. 이에 본 연구에서는 선체의 이중저 판넬구조에서 압축하중을 받을때의 실제판부재의 주변지지조건을 네가지로 이성화하여 해석하였으며, 이때 실제 필연적으로 존재하게 되는 열가공에 의한 비대칭형 초기처짐을 적용하였고, 비선형해석기법으로서는 Arc-length method를 적용하였고 해석코드는 범용유한요소법 소프트웨어로 잘 알려진 ANSYS를 사용하였다.

선체의 비선형적 동요현상은 선박의 감항성 확보와 관련하여 최근 활발하게 연구가 이루어지는 분야들 중 하나이다. 본 연구에서 는 고차 스펙트럼 해석방법들 중 하나인 바이스펙트럼 해석방법과 바이코히어런스 해석방법을 적용하여 선체의 비선형적인 동요 현상을 해 석 하였다. 본 연구를 통해 기존에 알려진 추파상황에서의 비선형적 선체 종동요 현상과 더불어 추사파 및 우현 횡파 상황에서도 선체 종동요 의 비선형 위상 동조 현상이 일어나는 것을 확인하였다. 또한, 바이코히어런스 방법을 통해 주파수간 비선형적 간섭현상을 수치화 하여 주파 수 대역별로 위상 동조 현상을 비교할 수 있었다. 이를 통해 선체 종동요의 파워스펙트럼상의 피크 주파수 이외의 주파수 대역에서 비선형적 위상결합이 더 강하게 일어난다는 사실을 확인하였다. 이에 더하여, 바이코히어런스 해석방법은 정규화 방법에 크게 영향을 받지 않는 다는 사실 또한 확인하였다.

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.

선박은 박판으로 이루어진 상자형구조물이기 때문에 선박이 황천항해를 하게 되면 선체의 상갑판과 선저판에는 호깅이나 새깅이 반복적으로 일어나므로 선테판에는 인장력과 압축력이 반복적으로 작용하게 된다 이 중에서도 압축력이 작용하는 경우가 선박의 종강도상에 치명적인 결과를 가져올 수 있다. 따라서, 본 본문에서는 선체판중에서 종횡비가 1.4인 판을 대상으로 하여 탄소성유한요소해석을 통하여 압축하중을 계속적으로 증가시켜 좌굴과 함께 탄소성대변형거동을 밝힘과 동시에 2차좌굴과 탄소성거동과의 메카니즘을 규명하여 압축하중을 받는 선테판의 탄소성대변형거동을 규명하였다.

The use of high tensile steel plates is increasing in the fabrication of ship and offshore structures. The main portion of ship structure is usually composed of stiffened plates. In these structures, plate buckling is one of the most important design criteria and buckling load may usually be obtained as an eigenvalue solution of the governing equations for the plate. To use the high tensile steel plate effectively, its thickness may become thin so that the occurrence of buckling is inevitable and design allowing plate buckling may be necessary. When the panel elastic buckling is allowed, it is necessary to get precise understandings about the post-buckling behaviour of thin plates. It is well known that a thin flat plate undergoes secondary buckling after initial buckling took place and the deflection of the initial buckling mode was developed. From this point of view, this paper discusses the post-buckling behaviour of thin plates under thrust including the secondary buckling phenomenon. Series of elastic large deflection analyses were performed on rectangular plates with aspect ratio 3.6 using the analytical method and the FEM.