철근 콘크리트는 주요 건축 자재로서 다양한 구조 시스템에 널리 사용됩니다. 하지만 시간이 지남에 따라 동결-해동 주기, 철근 부식 등의 요인으로 인해 내구성이 저하되는 경우가 많습니다. 최근 탄소섬유강화폴리머(CFRP)는 강철보다 높은 중량 대비 강도, 동결융해 손상 저항성, 부식 저항성 등의 장점으로 인해 큰 주목을 받고 있습니다. 이러한 장점에도 불구하고 국내외 연구를 검토한 결과, CFRP 그리드에 대한 실험 연구가 부족하여 실험을 통한 CFRP 그리드 포장 공법 검증의 필요성이 강조되고 있습니다. 이 연구는 알칼리 노출에 따른 CFRP 그리드 포장 공법의 동결-해동 저항성과 강도 저하를 평가하는 것을 목표로 했습니다. 연구 결과, 인발 공법으로 제조된 CFRP 그리드는 RTM 공법으로 제조된 그리드에 비해 동결-해동사이클 후 강도가 10% 감소하고 알칼리 노출 시 최대 32.8%의 강도 감소가 발생하는 것으로 나타났습니다.

얕은 물에서 선박과 바닥의 상호작용으로 인해, 제한이 없는 깊은 물에서 운항할 때와 비교하여 저항이 증가하는 현상이 발생 한다. 이러한 천수효과에 의해 증가하는 저항은 주로 조파저항에 기인하기 때문에, 본 연구에서는 유람선을 대상으로 LCG(Longitudinal Center of Gravity)의 위치 변경을 통해 성능을 최적화하여 조파저항을 감소시키는 것을 목표로 진행하였다. 수치해석 시뮬레이션을 통해 LCG 위치를 최적화하여 저항의 최소값을 찾고, 이후 수심의 깊이에 따른 영향을 분석하였다. 분석 결과, 37.5% - 52.5% Lpp의 영역에서의 LCG 변화는 총 저항에 큰 영향을 주었으며, 깊은 물의 조건에서는 총 저항의 최대값과 최소값을 비교하였을 때, 72.67%의 큰 차이를 보이 는 반면, 얕은 물 조건에서는 그 차이가 62.97% 정도로 비교적 낮은 차이를 보인다. 수심의 깊이에 따른 효과는 수심이 낮을수록 총 저항 이 증가하는 경향을 보였다. 깊은 물과 비교하여 1.5m의 얕은 물에서는 총 저항이 최대 67.68% 가량 증가하는 것으로 분석되었다. 이 경우 총 저항 증가의 주요 원인은 전체 저항의 84.99%를 차지하는 조파저항에 의한 것으로 판단된다.

소형 선박(<499 GT)이 전체 선박의 46%를 지배하고 있어 상대적으로 많은 CO2 배출가스를 가지고 있다고 결론지을 수 있다. 최 적의 Trim 조건에서 운전하면 선박의 저항을 감소시킬 수 있어 온실가스가 적게 발생할 수 있다. Trim을 최적화하는 가장 저렴한 방법 중 하 나는 최적의 Longitudal Center of Gravity(LCG)를 얻기 위해 무게 분포를 조정하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 소형 선박의 저항에 대한 LCG 변화의 영향을 경험적 및 수치적 해석을 통해 연구하고자 한다. 선체를 설계하는 Savitsky 경험식은 Maxsurf Resistance의 방법으로 사용 된다. 수치해석에는 STAR-CCM+ 상용 CFD(Computational Fluid Dynamics) 소프트웨어가 사용되지만 최종적으로 선박 설계 과정 이후 최적의 LCG를 얻기 위해 전체 저항을 비교한다. 결론적으로 Froude Number 0.56에서는 수치해석에 의해 전체 길이(LoA) 46.2%에서 최적의 LCG를 달성하고 Froude Number 0.63에서는 43.4% LoA를 달성하여 29.2% LoA에서 기준점에 비해 최대 41.12% - 45.16%의 상당한 저항 감소를 얻을 수 있다.

본 연구에서는 어선의 운동성능을 향상하기 위해 부착되는 부가물의 조합과 파라미터 변경에 따른 어선의 자유 횡 동요 감쇠 와 저항 성능을 평가하였다. 성능 평가를 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용한 수치해석을 수행하였으며, 주요 부가 물인 빌지킬과 선저킬의 조합과 치수 변경에 따른 횡 동요 주기와 감쇠 계수의 변화를 확인하였다. 선저킬의 경우 길이가 변화함에 따른 횡 동요 감쇠 계수의 변화가 상대적으로 크지 않음을 확인하였다. 반면 빌지킬의 경우 길이와 각도의 증가에 따라서 횡 동요 감쇠 계수가 증가함을 확인하였다. 4가지 부가물 조합 조건과 나선의 저항 성능을 비교하였으며, 부가물에 의한 어선의 자세와 압력분포의 변화로 인 해 저항이 증가함을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 부가물 크기와 배치가 어선의 운동 및 저항 성능에 미치는 영향을 확인할 수 있었 으며, 어선 적용 시에 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

선박의 설계과정에 있어, 선박의 중량은 유체역학적 성능에 큰 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 선박은 일반적으 로 최적의 흘수와 배수량을 갖는 하나의 조건으로 설계되지만, 실제로는 연료의 소비, 선박 평형수의 충전과 적재 조건과 같은 운항 활동 으로 인해 선박의 중량 및 흘수가 일정 범위 내에서 바뀐다. 본 연구에서는 소형선박을 대상으로 3가지 하중조건에 따른 선박의 저항성능 변화를 모형실험과 수치해석을 통해 연구하였다. 마지막으로 2050년까지 CO2 배출 가스를 50% 감축한다는 국제해사기구(IMO) 목표를 따 라 선박의 저항 성능을 개선하여 동력 요구 사항을 줄이기 위해 선박의 중량 변화에 따른 저항성능의 민감도를 연구하였다. 연구 결과, 선박의 중량변화에 따른 효과는 낮은 프루드 수에서 크게 나타나는 것으로 확인되며, 저항성능에 대한 연구 결과, 설계 흘수의 적재조건 을 기준으로 배수량이 11.1% 증가하고, 흘수가 5% 증가한 Over load의 적재조건에서 운항 시 선체의 총 저항이 모형시험과 CFD 시뮬레이 션에서 각각 15.97%, 14.31%까지 증가하는 것을 볼 수 있다.

전산유체역학을 사용하는 일반적인 선박의 저항성능 평가는 많은 시간과 비용이 필요하며, 이를 줄이기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다. 선박의 주요 치수나 단면을 이용하는 기존의 방법들은 선형에 크게 좌우되는 저항성능을 추정하는데 한계가 있다. 본 논 문에서는 선형 격자의 기하학적 정보를 입력으로 선체 표면의 저항성능을 빠르게 추정할 수 있는 심층신경망 모델을 제안한다. Perceiver IO 기반의 제안하는 심층신경망 모델은 시간 단계별로 계산이 필요한 전산유체역학 기법과 달리 바로 저항성능 추정이 가능하며, 저속비 대선의 일종인 50K 탱커 선박을 대상으로 한 데이터집합에서 평균 1% 미만의 오차로 저항성능을 추정하는 결과를 보인다.

최근 국제해사기구의 해양환경오염규제가 강화되어 오고 있다. 선박의 에너지 효율지수는 선박의 설계관점에서 매우 중요 한 지표이다. 더욱이 새롭게 건조되는 선박은 물론 기존 운항 선박에도 에너지 효율지수를 만족하도록 강화하고 있다. 이에 따라 운항 되고 있는 기존선박의 에너지 효율지수를 높이기 위해 선수 벌브개조, 운항 중 트림 최적화, 에너지 절감장치등 다양한 방법이 적용되 고 있다. 본 연구에서는 전산 유체역학을 이용하여 다양한 선수/선미 트림조건에서 선박의 저항성능을 계산하고 분석하였다. 이를 바 탕으로 최적화 된 트림조건에서 선박의 저항성능을 더욱 개선하기 위해 선수 벌브의 형상을 재설계하였다. 그 결과 정수 중에서 개선 된 벌브 형상을 적용한 경우, 유효마력이 약 5% 향상되는 것을 확인하였으며, 향후 파도 중에서 재설계된 벌브형상이 저항성능에 미치 는 영향을 조사할 예정이다.

목구조에 있어서 횡력에 저항하는 전단벽의 역할은 대단히 중요하다. 특히 이 목조 전단벽은 다양한 수종의 스터드 와 다양한 판재, 접합철물로 제작되어 재료의 성능을 특정하기가 쉽지 않다는 어려움이 있다. 따라서, 구조설계에서 초기단계에 서부터 적용해야하는 경골목조 전단벽의 환산 전단성능값을 미국, 캐나다, 일본 그리고 국내기준의 설정방법을 통하여 파악해 보고자 하였다. 분석결과 국내 경골목구조기준과 소규모 건축기준에서 기본사양으로 제시하고 있는 2×4의 스터드에 두께 11㎜ 의 OSB를 적용한 기본 전단벽의 허용전단력은 3.5~4.5 kN/m의 범위, 또한 환산 전단강성값으로는 1100~1150 kN/m정도로 설계 하는 것이 가능할 것으로 나타났다. 특히, 국내기준은 국외기준에 비하여 상대적으로 큰 전단내력을 허용하고 있는 것으로 나타났고, 현재 기준에서와 같이 북미기 준과 동일한 전단강성을 활용할 경우, 재료의 비선형거동 때문에 실제 변형량을 과소평가할 가능성이 있어, 허용응력의 설정범 위와 전단강성값의 산정기준을 조정하여야 할 필요가 있는 것으로 파악되었다.

본 연구에서는 80k Bulk carrier의 저항성능 향상을 목적으로 선미부에 1개의 핀을 부착해 선미 유동을 제어하였고, 저항성능 및 반류의 변화를 분석하였다. 부착된 핀은 직사각형 단면을 가지며, 길이와 폭, 두께는 고정된 채 길이 및 흘수 방향 부착 위치와 유선에 대 한 각도만 변화가 있었다. 나선 및 핀이 부착된 선체에 대한 모형 스케일에서의 CFD 해석이 수행되었고, 그 결과를 실선 확장 후 비교하 였다. 핀은 프로펠러로 유입되는 빌지 볼텍스의 경로를 선미 트랜섬 쪽으로 변화시켰고, 이는 프로펠러 상부와 선미부의 압력을 증가시켰 다. 이로 인해 선체의 압력저항 및 전 저항이 감소되었으며, 감소율은 핀의 부착 위치가 선미 및 선저와 가까울수록 높았다. 또한 핀은 공 칭반류를 감소시켰는데 핀의 각도가 커질수록 반류의 변화가 컸고, 전 저항 저감률은 최대가 되는 특정 각도까지만 비례하였다. 대상 선 박에 단일 핀을 부착했을 시의 최대 전 저항 저감률은 약 2.1 %였고, 선미로부터 수선간장의 12.5%, 선저로부터 흘수의 10 % 위치에 14 의 각도로 부착됐을 때이다.

최근 현장작업을 최소화할 수 있는 PC(Precast Concrete) 건축공법의 적용이 급속하게 활성화되고 있다. 그러나 PC 공법은 시공 중, 특히 부재간 일체화 이전에 구조적 성능을 발휘하기 어렵고 완공 후에도 접합부의 일체성을 확보하기 어려워 연쇄붕괴에 취약하다. PC 건축물에서는 다양한 PC 부재간 접합 상세가 존재하며, 국내외 구조/시공 상세가 현격히 다르다. 그러나 국내 PC 시스템의 시스템 과 상세 특성을 반영한 연쇄붕괴에 대한 연구는 매우 미비하다. 따라서, 본 연구에서는 국내에서 주로 사용하는 PC 구조시스템과 접 합부 구조/시공 상세를 조사 분석하였다. 이를 기반으로 국내에서 사용되는 전형적인 PC 시스템의 유형을 설정하고 상기 PC 시스템 의 연쇄붕괴방지성능을 평가하기 위하여 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 해석결과를 바탕으로 국내에서 주로 사용된 PC 구조시 스템의 연쇄붕괴방지 성능을 평가하고 구조설계시 고려사항을 제안하였다.