역전파 신경망 알고리즘을 이용한 계류용 의장품의 구조설계 구현

양정욱 목포대학교 2020 국내석사

Ship Mooring Fittings is a device for safe anchoring and unloading and of ship. Since the loss of structural safety of ship mooring fittings can lead to major maritime accidents, several classification and standards associations are working to standardize the design of safe mooring fittings. Structural safety of ship’s mooring fittings is generally reviewed by structural analysis for design safety. However, due to the large size ships and various types of mooring fittings, it requires a lot of time and cost for numerical analysis. In this study, the structural analysis was used to obtain structural strength performance evaluation data for various types of ship mooring fittings, and the neural network algorithm was used to study the relationship between the structural strength performance and the design specifications of mooring fittings. Using the neural network algorithm, the structural strength performance learning model of ship mooring fittings was developed and the methods to predict the structural strength performance of mooring fittings without separate numerical model generation and structural analysis were explored. 선박 계류 의장품은 선박의 안전한 정박과 적․하역을 위한 장치로서 선박의 크기에 따라 적절한 강도를 유지할 수 있어야 한다. 선박 계류 의장품의 구조 안정성을 상실하게 되면 큰 해상 사고로 이어질 수 있기 때문에 여러 선급과 표준협회에서는 안전한 계류 의장품의 설계를 표준화하기 위해 노력을 기울이고 있다. 선박 계류 의장품의 구조 안정성은 구조해석을 통해 설계 안정성을 검토하는 것이 일반적이지만, 선박의 크기가 다양하고 계류 의장품의 형태도 다양하기 때문에 수치해석적 검토에 많은 시간과 비용이 요구된다. 본 연구에서는 구조해석을 이용하여 다양한 형태의 선박 계류 의장품에 대한 구조강도 성능평가 데이터를 확보하여 계류 의장품의 설계사양에 대한 구조강도 성능 간의 관계를 신경망 알고리즘을 이용하여 학습하였다. 신경망 알고리즘을 이용한 선박 계류 의장품의 구조강도 성능 학습모델을 이용하여 별도의 수치해석모델 생성과 구조해석 과정 없이 계류 의장품의 구조강도 성능을 예측할 수 있는 방안과 이를 통한 설계 표준화 방법을 탐색하였다.

다구찌 강건설계 기반 해양 자켓의 구조설계 최적화

김진성 목포대학교 대학원 2014 국내석사

In this paper, the design of jacket substructure for fixed type offshore wind turbine can be installed on shallow water was examined by robust design method applying the ocean environment conditions. At first, arrangement optimization of members constituting offshore jacket substructure was carried out. Structural strength analysis applying the same ocean environment conditions for the design of optimized members arrangement was carried out. An orthogonal array as having taken response factor by result values of deformation, stress, weight was adopted in robust design applying taguchi method. Structural stability and weight minimized member arrangement of jacket substructure through taguchi robust design results were proposed. Secondly, structural strength analysis for all members was carried out applying the ocean environment conditions of installation sea area based on the analysis results to select a locally fragile part. The local structural stability of jacket substructure was examined from results of local strength analysis. The robust design optimization applying taguchi method carried out in order to ensure the local structural design robustness of jacket substructure 본 논문에서는 천해역에 설치될 수 있는 고정식 해상풍력발전기용 자켓 하부구조물에 대해 해양환경조건을 적용하여 강건한 설계방안을 검토하였다. 먼저 해양 자켓 하부구조물을 구성하는 부재들의 배치 최적화를 수행하였다. 다양한 부재배치 형식에 대해 동일한 해양환경조건을 적용하여 구조강도해석을 수행하였고, 해석 결과값인 변형, 응력값과 중량을 응답인자로 갖는 직교배열표를 작성하여 다구찌 기법을 적용한 강건설계를 수행하였다. 다구찌 강건설계 결과를 통하여 구조적으로 안정적이고 중량을 경량화할 수 있는 최적의 해양 자켓 하부구조물의 부재배치안을 제시하였다. 다음으로 최적부재배치 설계안에 대해서 설치해역의 해양환경조건을 적용하여 전 부재에 대한 구조강도해석을 수행하였고, 해석 결과를 바탕으로 국부취약부위를 선정하고, 취약부에 대한 상세 국부강도해석을 수행하였다. 국부강도해석 결과로부터 자켓 하부구조물의 국부구조 안전성을 검토하였고, 그 결과로부터 다구찌 기법을 적용한 강건설계를 수행하여 자켓 하부구조물의 국부구조설계 강건성을 확보하기 위한 방안을 검토하였다.

선박 기관실내 보조 보일러 및 주변 의장품 탑재개선에 대한 설계 연구

홍성기 목포대학교 대학원 2014 국내석사

본 논문에서는 선박의 기관실에 설치되는 대형 중량물 중에 하나인 보조 보일러 및 주변 의장품을 선체구조 변형을 방지하면서 사전에 탑재 및 설치하는 방법에 관한 설계 연구를 수행하였다. 상판구조 보강에 대한 변형량에 대해서 구조해석을 수행하여 보강 전후의 변화량을 검토하였으며, 중량물인 보조 보일러 및 주변 의장품을 탑재하여 리프팅 작업을 수행하는 경우에 선체 상판 구조에 대한 처짐 형상을 구조해석을 통해 검토하고, 탑재 후 구조 변화량을 검토하였다. 본 탑재개선 설계연구를 통해 보조 보일러 및 주변 의장품을 선행의장 탑재에 의한 도크내 작업 기간 단축 및 효율적인 선박 건조 방법을 제시하였다. In this thesis, we explored the design for pre-erection and installation of auxiliary boiler which is one of the heavy equipments in engine room including the surrounding ouftittings in order to minimize hull deformations, we carried out structural analysis to compare with the structural deformations in case of before and after reinforcement of the 2nd deck structure. And also, we reviewed the deflection of hull plate in case of lifting the blocks with pre-erected auxiliary boiler as well as surrounding outfittings. We reviewed the structural deformation after block erection as well, so we could propose one of the efficient methods to minimize the shipbuilding process in dock using the pre-erection of auxiliary boiler with surrounding outfittings.

방화시험 및 과도 열전달 해석을 이용한 A60급 관통용 관의 신뢰성 기반 근사 설계 최적화

박우창 목포대학교 대학원 2021 국내박사

본 논문에서는 A60급 관통용 관에 대하여 불확실성변수를 고려한 신뢰성 기반 근사 설계 최적화를 수행하였다. A60급 관통용 관의 길이, 직경, 재질, 단열재의 밀도를 설계인자로 설정하고 관통관의 질량, 최대 측정 온도를 응답치로 설정하여 DOE를 수행하였으며 그 결과를 바탕으로 근사모델을 생성하였다. 생성된 근사모델을 사용하여 근사 최적화를 수행하였으며 동일한 입력 변수를 과도 열전달 유한요소 모델에 적용하고 해석을 수행한 결과와 비교 검토함으로써 근사모델의 정확도를 검토하였다. A60급 관통용 관의 설계 변수에 대하여 제작공차에 따른 불확실성을 랜덤 변수로 고려하였으며 온도 제한조건에 대하여 신뢰확률 99%를 적용하고 이에 해당하는 시그마수준을 강건성으로 부제약조건상에 부여하였다. 평균점 신뢰성 해석방법과 적합중요도 샘플링 방법을 이용하여 신뢰성 기반 근사 최적화를 수행하였으며 결정론적 최적화 결과와 비교 검토하였다. 그 결과 A60급 갑판 관통용 관의 설계에는 결정론적 최적화 결과가 적합한 것으로 검토 되었으며, A60급 격벽 관통용 관의 설계에는 적합중요도 샘플링 방법을 이용한 신뢰성 기반 근사 설계 최적화가 가장 적합한 것으로 검토되었다. In this paper, reliability based approximate design optimization was performed in consideration of the uncertainty variables of the A60 class penetration piece. The design of experiments(DOE) was performed by setting the density of the insulation, material, length, diameter of the penetration piece as the design factors and the mass, maximum measured temperature of the penetration piece as the response. An approximate model based on the DOE result was created and the accuracy was examined through the deterministic optimization results. The uncertainty variables according to the manufacturing tolerance were set as random variables and 99% reliability probability was applied to the temperature limit constraint and the corresponding sigma level was assigned to the side constraint as robustness. Reliability based approximate optimization based on the mean value reliability method and adaptive importance sampling method was performed and compared with the deterministic optimization results. As a result, it was considered that the reliability based approximate design using the adaptive importance sampling method was most suitable for the design of the A60 class bulkhead penetration piece.

플로트오버 설치 작업용 능동형 갑판지지프레임의 메타모델링과 신뢰성기반 강건최적화

김훈관 목포대학교 대학원 2023 국내석사

In this paper, reliability based robust design optimization was performed inconsideration of the uncertainty variables of the active type deck support frame. The Design Of Experiments(DOE) was performed by setting the thickness of active type DSF initial design as the design factors. Mass and design load cases max stress of active type DSF as the response. An Meta-model based on the DOE result was created and the accuracy was examined through the deterministic optimization results. The uncertainty variables according to the manufacturing, tolerance were set as random variables and 99.73% reliability probability was applied to the temperature limit constraint and the corresponding sigma level was assigned to the side constraint as robustness. Reliability based robust optimization based and deterministic optimization and Monte Carlo simulation was performed and compared with the deterministic optimization results. As a result, it was considered that the reliability based robust optimization using the mean value reliability method was most suitable for the design of the active type deck support frame. 본 논문에서는 톤 규모 상부구조물의 안전한 해상작업을 실현하기 위한 플로트오버 공법 개발과 관련하여 능동형 갑판지지 프레임의 구조설계 민감도해석을 수행하였다. 새로 운 형식의 능동형 갑판지지 프레임의 구조 민감도해석을 위해 주요 부재의 치수를 3수준 설 계인자로 고려하고 구조강도 평가 응력 및 중량을 응답치로 설정하여 직교배열 실험계획법 을 수행하였다 민감도해석을 . , 통해 주요부재 별 응답치에 대한 정량적 영향도를 분석하였고 실험계획법 상의 설계행렬로부터 최소중량 설계안을 검토하였다 또한 . 실험계획법 데이터를 이용한 다양한 메타모델을 생성하고 메타모델의 , 정확도를 비교하여 능동형 갑판지지 프레 임의 최적설계에 적합한 메타모델을 선정하였다 선정된 . 메타모델을 이용하여 중량감소를 위한 결정론적 최적화해석을 수행하였다 능동형 . 갑판지지 프레임의 구조설계와 관련된 불 확실성을 고려한 신뢰성 기반 설계최적화를 수행하고 결정론적 , 최적화해석 결과와 비교하 여 신뢰성 기반 설계 최적화 결과의 유용성을 검토하였다.

스캔 도면 기반 선실 의장 공사 생산관리 시스템 개발

강인창 목포대학교 대학원 2015 국내석사

선실의장 공사의 특징은 다수의 공종(공사의 종류)으로 세분화 되면서 상호 복합, 병렬식 진행에 따라 작업 공간내 동시, 다발적 기능공 투입이 불가피 하다. 이에 따라 선,후행 공정의 유기적인 연계를 위해서는 구체적이고 세심한 공정계획 수립 및 관리, 작업정보 및 인력관리에 대한 효율적인 관리 체계가 요구된다. 이를 위해서는 현장에서 작성 및 활용되는 생산(작업)일보 및 일일 업무수행 절차에 대한 조사 와 분석을 통해 단위작업 성과 지표의 정의 및 표준화가 필요하다. 또한 이를 효율적으로 실행하기 위해서는 현장 특성을 고려한 객관적이고 직관적인 기초자료의 수집 및 입력 관리 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 현장에서 획득 및 활용성의 제한요소를 고려하여 웹 환경에서의 현장 사용자 편의성 제고를 위한 인터페이스 적용과 함께 스캔 도면 기반 작업정보와 연계된 데이터베이스를 구축된 생산관리 시스템을 구축하였다. 이로 인해 작업정보 수집 또는 입력 과정에서 정보 발생자와 관리자 사이에서 발생되는 의사소통의 오류와 누락을 최소화 하여 객관성과 직관성을 보장하고 정보의 신뢰성을 향상시켰으며 자료 분석과 관리에 투입되는 업무력 최소화에 기여하였다. 또한, 별도의 최적화 과정을 거치지 않고서도 설치도면을 활용하여 공사하는 타 산업분야에서의 적용이 가능할 것으로 사료된다. When it comes to outfit installation in deckhouse, features of the work have been subdivided into multiple types of installations and, no one engaged in the work would deny possibilities of simultaneous and separate participations of engineers in the installations depending on how the work would progress in either an inter-complex way or a parallel way. That being so, in order to make the best use of cooperation between preceding and following processes, any relevant fields in charge of the installation should make detailed and precise plans on the work and management coming up with a system that would help them efficiently deal with work information and personnel. In order to fulfill the jobs mentioned above, the relevant yards need first to conduct a research on both production (work) logs and daily performance procedures that would be drawn up or used in an actual scene of the installation and, the fields also must refer to what they would learn from the research above to define and standardize work unit performance indicators. Not only that, to handle all those investigations as well as definition and standardization works efficiently, the fields should secure this system to help their objective and intuitive basic data gathering, inputting and handling as considering special circumstances in the scene. As focusing on factors to limit acquisition and usability in the scene, the study worked on a production management system that would work with a database affiliated to this user convenience improving web interface-applied and scan drawing-based work information. The production management system created by this study minimized communicative errors and omissions between information providers and managers in a process of work information gathering and inputting and, protected objectivity and intuitiveness which eventually improved information reliability. After all, the production management system described above made a contribution to reduction of personnel that would be used for data analysis and management. Add to that, as far as the study assumes, its new production management system will be possibly applied to other industrial fields which carry out installations based on drawings without going through any individual optimization process.

부유식 해상풍력 발전기용 하부구조의 동적 거동 상의 계류 영향에 관한 연구

문창일 목포대학교 대학원 2013 국내석사

최근, 석유의 고갈 인해 석유를 대체 할 에너지의 필요성이 커짐에 따라 태양광, 풍력 원자력 등 다양한 신재생에너지의 실용화 연구가 가속화 되고 있다. 원해지역에 설치가 가능한 해상풍력발전기는 부유식 해양구조물에 풍력발전기를 결합하는 형태이며 SPAR, TLP(Tension Leg Plat-form), Barge 등의 하부 구조물의 형식이 유용성이 높은 것으로 알려져 있고, 이중에 현수선(Catenary) 형식의 계류삭이 주로 적용되는 부유식 바지(barge) 구조물은 다양한 수심에서 적용가능하며 앵커(Anchor) 비용이 저렴한 장점이 있어 사용빈도가 높은 해양 구조물이다. 본 논문에서는 중력식 현수선을 이용하여 계류한 해양구조물의 해상환경에 따른 동적거동과 계류삭의 강성에 따른 동적거동을 알아보고자 한다. The paper deals with numerical analyses in the context of estimations of hydrodynamic motions and dynamic loads for floating type offshore platform using some exclusive simulation codes such as a code for simulation of floating type offshore crane based on multi-body dynamics and commercial code, AQWA. Verification of numerical models are carried out comparing RAO results from the simulation codes. In the verification analyses, hydrodynamic motions are examined in frequency domain for the floating type offshore platform according to mooring lines. Both hydrodynamic motions and dynamic loads are estimated for the floating type offshore platforms equipped with catenary type and taut mooring lines. Reviewing and comparing are carried out for the numerically estimated results. Structural safety of connection parts in offshore structure such as floating type offshore platform is one of the important design practices in view of fatigue life. Dynamic loads in connecting area between floating type offshore platform and mooring lines are estimated in detail according to the variation of mechanical properties of mooring lines. Dynamic tension load on the mooring lines is also estimated.

Ultrafast energy transfer process in confined Au nanoparticles revealed by time-resolved femtosecond X-ray imaging

신재용 포항공과대학교 대학원 2023 국내박사

Condensed matter is subjected to high pressure, topology, or electronic system excitation, which causes the material to exhibit unique properties that are not present in its ambient environment. In particular, condensed matter irradiated to femtosecond lasers is induced to exotic phases in materials by raising the temperature of only the electron subsystem (creating a dense cloud of free electrons), or by changing the structure by photons, albeit for a short time. However, nonequilibrium phase transitions induced in this way are accompanied by thermal phase transitions, so the behavior of most condensed materials irradiated to femtosecond lasers is hidden in thermal reaction paths such as melting. This stimulates interest in understanding the melting process by femtosecond laser, but it is still incomplete understanding due to the difficulty in resolving the accompanying dynamics at the relevant spatiotemporal resolution. We constructed a novel multiplexed femtosecond X-ray probe to reveal the ultrafast energy transfer process in confined Au nanospheres. Au, with its relatively weak electron-phonon bonds, has an increased timescale for lattice heating, which favors the separation of thermally driven atomic dynamics and phase transformations from non-thermal effects defined by electron excitations compared to metals with stronger electron-phonon bonds, and the confined environment suppresses geometric effects such as surface pre-melting and lattice diffusion. Using real-time imaging of the electron density distribution along the lattice structure, we found that the energy transfer starts with sub-picosecond melting at the specimen boundaries earlier than the lattice thermalization and proceeds with the formation of voids. Two-temperature molecular dynamics simulations revealed the existence of both heterogeneous melting, with melt fronts propagating at the surface and grain boundaries, and homogeneous melting, with random melt seeds and nanoscale voids forming. Based on the experimental and theoretical results, we provide a comprehensive atomic-level picture describing ultrafast laser-induced melting and evaporation kinetics.

FPU 계류장치 하부구조 중량최소화를 위한 진화알고리즘 기반 이산설계변수 근사 최적화

박상혁 목포대학교 일반대학원 2023 국내석사

본 논문에서 고려한 계류장치 하부구조는 80,000톤급 FPU 선미부의 계류 시스템에 설치하기 위해 개념설계(concept design) 되었다. 계류장치 하부구조의 강도 성능을 검토하기 위한 하중 조건은 BV 선급 규정과 IACS UR 규정을 토대로 운송(maneuvering 및 escort)과 계류상태에 대한 설계하중을 산정하였다. 강도 성능은 유한요소해석을 이용하여 하중 조건별 최대 조합 응력을 평가하였으며, 선급 규정 최대허용응력의 만족 여부를 검토하였다. 계류장치 하부구조의 근사최적화는 다음과 같은 순서로 수행하였다. 우선 계류장치 하부구조의 부재 두께를 설계변수로 정의하였고, 하중 조건별 강도 성능과 하부구조의 중량을 응답 함수로 설정하였다. 설계변수의 변동범위는 개념설계의 초기 두께를 기준으로 약 20%의 하한과 상한 변동을 고려하여 실제 제조 가능한 두께로 설정하였다. 직교 배열 실험계획법을 이용하여 설계변수 변동에 따른 계류장치 하부구조의 강도 성능과 중량의 민감도특성을 분석하였다. 본 연구에서 고려한 계류장치 하부구조의 근사최적 설계에 적합한 근사모델을 결정하기 위해 Response surface model, Kriging model, 그리고 RBF Neural network model의 3가지 근사모델을 생성하여 정확도를 비교하였다. 이산설계변수 근사최적화를 위한 정식화는 하중 조건별 최대 응력이 선급 규정 최대허용응력 이하인 제한조건을 만족하면서 목적함수인 중량이 최소화될 수 있는 이산변수로 정의된 부재 두께의 설계변수를 결정할 수 있도록 정의하였다. 최적화 알고리즘은 이산설계변수 탐색이 가능한 진화알고리즘을 적용하였다. 근사최적화 결과는 수치 계산비용과 정확도를 비 근사 최적화 해석결과와 비교하여 효율성을 검토하였다. The mooring substructure considered in this paper is conceptually designed for installation in the mooring system of the stern section of an 80,000-ton FPU. The design loads for transportation (maneuvering and escort) and mooring conditions were calculated based on the BV classification rules and IACS UR rules to examine the strength performance of the mooring substructure. The strength performance was evaluated using finite element analysis to assess the maximum combined stress for each loading condition and checked for compliance with the maximum allowable stress of the classification regulations. The approximate optimization of the mooring substructure was performed in the following order. First, the member thickness of the mooring substructure was defined as a design variable, and the strength performance and weight of the substructure were set as response functions for each loading condition. The range of variation of the design variable was set to the actual manufacturable thickness by considering the lower and upper limit variation of about 20% based on the initial thickness of the conceptual design. The sensitivity characteristics of the strength performance and weight of the mooring substructure to the variation of the design variables were analyzed using the orthogonal array design of experiments method. In order to determine the appropriate approximation model for the approximate optimal design of the mooring substructure considered in this study, three approximation models were generated and their accuracy was compared: response surface model, Kriging model, and RBF neural network model. The formulation for the discrete design variable approximation optimization was defined to determine the design variables of the member thickness defined as discrete variables for which the objective function, weight, can be minimized while satisfying the constraint that the maximum stress per loading condition is below the classification society maximum allowable stress. The optimization algorithm is an evolutionary algorithm that allows for the exploration of discrete design variables. The efficiency of the approximate optimization results was examined by comparing the numerical computational cost and accuracy with the non-approximate optimization analysis results.

선박 주기관용 고압 질소산화물 저감장치 배관 보강구조의 이산설계 근사최적화

정성인 국립목포대학교 일반대학원 2024 국내석사

본 논문에서는 다양한 대리모델과 다중 섬 유전자 알고리즘을 이용하여 선박 주기관용 고압 질소산화물 저감장치(High Pressure Selective Catalytic Reduction-HP SCR) 배관 보강구조 배치설계에 대한 이산변수 근사최적화를 수행하였다. HP-SCR의 진동 및 강도 성능은 유한요소해석을 통해 평가하였다. 근사최적화의 정확도를 검토하기 위해 실제 선박에 적용된 현물의 고유진동수를 파악하여 근사모델을 확정하였다. 이를 바탕으로 한 모델의 근사최적화는 HP-SCR 보강부재의 형상, 부착 위치, 그리고 두께는 이산설계변수로 적용하였고, 제한조건은 선박의 주요 기진력에 대한 공진주파수와 강도상의 허용응력을 고려하였다. 대리모델 기반의 근사최적설계 문제는 제한조건을 만족하면서 HP-SCR 보강부재의 중량을 최소화할 수 있는 설계변수를 결정하도록 정식화한다. 반응표면모델, 크리깅, 그리고 방사기저함수 신경망과 같은 다양한 대리모델이 근사최적화에 사용되었다. 실제 선박에 적용된 설계안은 RSM 수렴 모델과 유사한 결과를 도출 하였으며, 중량을 최소화하며 모든 제한조건을 만족하는 모델은 Kriging 모델이라는 결과를 도출하였다. Dscrete variable approximation optimization for the design of the reinforcement structure layout of a High Pressure Selective Catalytic Reduction (HP SCR) piping system for marine propulsion was conducted using various surrogate models and a multi-island genetic algorithm. The vibration and strength performance of the HP-SCR were evaluated through finite element analysis. To assess the accuracy of the approximation optimization, the natural frequencies of the actual ship in service were identified, and the surrogate model was finalized. Based on this, the approximation optimization of the model applied discrete design variables such as the shape, attachment position, and thickness of the HP-SCR reinforcement components. Constraints considered the resonance frequencies of the ship's major excitations and the allowable stresses in the strength aspect. The problem of surrogate model-based approximation optimization was formalized to determine the design variables that minimize the weight of the HP-SCR reinforcement components while satisfying the constraints. Various surrogate models, including response surface models, kriging, and radial basis function neural networks, were employed in the approximation optimization. The proposed design for the actual ship yielded results similar to the Response Surface Model (RSM) convergence model, and the model that minimized weight while satisfying all constraints was identified as the Kriging model.