본 논문에서는 1차원 오일러 보 요소(Euler-Bernoulli Beam Element)를 이용한 회전익기 축계에 대한 중량 최적설계를 수행하였다. 회전 축계의 특성을 고려해 비틀림(Torsion)과 베어링과 같은 축지지 강성 및 플랜지(Flange) 질량을 모두 고려하였고, 동적 안전성 확 보를 위해 고유치 해석을 수행하여 임계속도(Critical Speed)와 기어박스로부터 오는 치 변형 가진을 회피할 수 있도록 하였다. 축의 길 이는 고정된 상태에서 두께와 반경을 조절하여 중량 최적화를 수행하였으며, 최적화 과정은 2단계로 나누어 진행하였다. 1단계에서 는 비틀림 강도를 제약조건으로 하여 중량을 최적화한 후 2단계에서는 축계 안정성 확보 기준(Headquarters, U.S. Army Material Command, 1974)에 따라 축의 비틀림 강도에 대한 제약조건을 만족시키며, 축의 1차 모드가 임계속도를 회피할 수 있도록 축 1차모드 와 임계속도의 차이가 최대가 되도록 최적화를 진행하였다. 주어진 1차원 보 요소를 이용하여 최적설계를 한 결과를 3차원 유한요소 모델과 실제 제작된 축게의 시험결과와 비교하여 제안된 방법을 검증하였다.

프로펠러축은 프로펠러 하중 및 편심추력의 영향으로 인해 정적, 동적, 과도상태 각각 거동의 패턴이 달라져 선미관 후부베어 링의 국부하중 변화를 일으킴으로써 선박 축계의 안정성에 큰 영향을 미치며, 결과적으로 축 지지 베어링의 손상위험을 증가시킨다. 이를 방지하기 위한 일련의 축계정렬연구는 선급강선규칙과 조선소 지침을 기반으로 준정적 상태에서 축과 선미관 베어링간의 상대적 경사각 과 유막유지, 선체변형에 따른 영향평가를 최적화 하는데 중점을 두어 진행 되어왔다. 그러나 보다 진일보한 형태의 추진축계의 안정성을 보장하기 위해서는 조타장치의 전타시 발생하는 급격한 선미유동장 변화와 같은 과도동적상태변화 조건에서의 상세 연구가 필요하다. 이 러한 관점 하에 본 연구에서는 50,000 DWT 중형 유조선을 대상으로 스트레인 게이지법과 변위센서을 이용하여 선박운전 중 대표적 과도 상태인 좌현 전타시의 프로펠러 축 거동이 선미관 베어링에 미치는 영향을 교차검증한 결과, 프로펠러 편심추력변동이 선미관 베어링의 하중을 일시적으로 저감시켜 베어링 하중을 완화시키는 것을 확인하였다.

육지와 도서를 연결하는 차도선은 교통수단 기능과 물자수송을 담당하는 중요한 역할을 하고 있다. 이에 따라 차도선의 효율성 증대와 안전성 향상 및 경제적 요건 등을 고려한 선박이 개발 중이다. 유럽에서는 승객의 편의성 및 경제성을 고려하여 양방향 차도선(Double-ended Car Ferry)의 개발이 활발히 진행 중이며 국내에서도 이에 대한 연구 개발이 필요하다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 차도선 제작 시 축계의 제작 및 강도의 문제를 Campbell Diagram 및 Modal 해석을 통한 동특성 분석을 하였다. 이를 통하여 양방향 차도선의 추진 방향 및 후진 방향 축계 작동 시 공진 현상 및 위험속도를 분석 결과 안정성을 보인 것으로 판단된다.

현재 중소형선박의 동력전달용 스테인리스 추진축계가 많이 사용되고 있으나 선미를 통과하는 선미관 패킹부, 베어링이 작용하는 접촉부 등에서 마모, 축의 재질불량이나 설계 불량으로 인하여 축이 절손되는 경우가 많다. 프로펠러축이 과다마모 또는 절손으로 파단시 새로운 축으로 전환하고 있으나 축을 새것으로 구입하려면 주문, 제작 등에 따라 상당한 비용이 소요된다. 또한 축을 육성 용접하는 경우는 해양수산관청의 승인을 득하도록 되어 있으나 지금까지 승인이 된 경우가 없었다. 따라서 이 연구에서는 직접 스테인리스 재료를 육성 용접하면서 모재와 비교하여 용접에 따른 금속조직의 변화, 결함의 계측 등을 규명하여 해양수산관청의 승인에 필요한 용접 절차, 검사에 필요한 사항 등을 검토하였다.

Simulation program for the analysis of compressor shaft is developed. The program cover dynamic analysis, oil supply analysis, and bearing analysis. Each of the analysis modules is integrated in object oriented way. Behavior of shaft is measured and compared with the analysis results. Through the analysis and experiment, it is shown that the simulation predicts the experimental results very well. The integrated simulation program is applied to design of compressor shaft, and shows that the compressor shaft system can be designed fast and conveniently.

It is very important to minimize the weight of shaft from the viewpoint of economics and manufacture. For minimizing effectively the diameter of shaft in torsional shafting, authors developed computer program using the real-coded genetic algorithm which is one of optimizing techniques and based on real coding representation of genetic algorithm. In order to confirm the accuracy and effectiveness of the developed computer program, the computational results by the developed program were compared with those of conventional strength, stiffness and vibration designs for a generator shafting.

While designing a torsional shafting with various gear-branched systems, it is very important for system designers to obtain critical speeds accurately and easily. The author has studied the transfer stiffness coefficient method (TSCM) as a structural analysis algorithm. In this paper, the TSCM is applied to the computation of critical speeds for torsional shafting with gear-branched systems. The accuracy of the present method is confirmed by comparing with the results of the finite element method.