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.

본 연구에서는 이상화구조요소법을 적용하여 골조구조물의 비선형해석을 높은정도로서 짧은 계산시간에 수행할 수 있는 해석이론과 컴퓨터프로그램을 개발하였다. 이를 위해 골조구조물을 구성하는 보-기둥(Beam-Column)부재에 대한 이상화구조요소를 부재에 존재하는 초기결함의 영향도 고려하여 정식화한다. 요소의 접선탄성강성행렬은 에너지원리를 적용하여 명시적인 형태로 도출하며, 최종강도조건은 요소에 소성붕괴메카니즘이 형성될때를 기준으로 정식화한다. 또한, 요소의 최종강도후 강성행렬도 근사적인 방법을 이용하여 명시적인 형태로 도출한다. 본해석법의 정도와 유용성은 단위부재 및 골조구조모형에 대한 기존의 실험 및 수치해석결과등과 비교하여 확인한다.

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.

For the rational and economic design of the structural elements of ships which is built using welding, the ultimate strength analyses of the plates having initial imperfections, such as welding residual stresses and strains, are needful. The welding deformation usually relied on approximative equations or based on expert's experience. But in this paper, for the thermal elasto-plastic analysis of plates, the finite element analysis was performed, based on initial strain method. In formulating the incremental analysis, unbalanced force terns were included. In the plastic domain during the incremental process, the 2nd order terns stress increment and yield stress increment were considered, so that time increment could be controlled for a more stable solution. The ultimate strength analysis program of the plates having initial imperfections was made. The ultimate strength analysis was carried out based on the results of the welding deformations of this paper. In the ultimate strength analysis the Rayleigh-Ritz method based on the minimum potential theory was used.