다양한 부력관 체결이 가능한 PE(PolyEthylene) 플랫폼의 구조안전성 검토

서광철,남택근,김진만,김정환,인석남 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 Vol.2018 No.11

폰툰형 플랫폼 설계 및 구조안전성 평가

서광철,오정모,박주신 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회지 Vol.24 No.5

최근, 레저활동 인구 및 산업의 비약적인 발전으로 인하여 소규모 부잔교 및 계류형 폰툰 플랫폼의 수요가 급증하고 있으며, 연안에서 주로 사용되는 구조물에 대한 설계 및 구조안전성 평가에 관련한 표준 규칙 및 상세 규칙에 대한 제정이 시급하다. 이러한 문제 점들에 대한 기본적인 해결책으로 본 논문에서는 설계 시 참고할 수 있는 설계 기준을 제시하고, 설계안에 대한 구조안전성 평가 절차에 대해서도 소개한다. 본 연구논문에서는 전장 15 m 폰툰형 플랫폼의 구조설계 과정 및 유한요소해석을 통한 구조 안전성을 검토하였다. 일 반적인 10 m 이하 플랫폼의 경우, 간략한 구조계산서만으로도 검토가 가능하나, 10 m 이상의 플랫폼의 경우 상세 구조강도 검토가 뒷받침 되어야만 기준에서 제시하는 안전성 확보를 위한 지침에 부합할 수 있다. 유한요소해석을 통하여 설계안에 대한 구조강도 검토를 수행하 였으며, 그 안전성을 확인하였다. 추후 연구로서는 다양한 하중조건을 동시에 검토할 수 있는 시스템개발이다. Recently, due to the rapid growth of the leisure industry, demand for small-scale flotation and mooring pontoon platforms has been increasing rapidly. Standard rules for the design and structural safety of such structures have become necessary. This paper provides criteria that can be referenced when designing pontoon platforms, and also introduces structural safety evaluation procedures. In this study, the structural safety and stability of a 15-meter pontoon platform were investigated through structural design and finite element analysis. For platforms of less than 10 meters in length, a simple structural calculation can be used, but for platforms over 10 meters, a detailed structural strength review must be considered to meet safety guidelines defined in existing regulations. The structural strength of the initial design was examined and its structural safety was verified. For future research, it is an evaluative system was developed that can be used to examine the various loading conditions during design.

3미터급 카본 카약의 저항성능 및 구조 안전성 연구

서광철,이경우,박주신 해양환경안전학회 2019 해양환경안전학회지 Vol.25 No.4

Leisure and business facilities have been steadily developing in Korea. Among waterborne leisure vessels and equipment, the distribution and sale of kayaks and canoes have significantly increased. Previously, (FRP) materials were primarily employed for constructing kayaks. However, owing to global warming and depletion of natural resources, the demand for non-polluting renewable energy is rapidly increasing, which has increased the demand for carbon fibers. To meet the requirements of changing social consciousness, a carbon fiber-based commercial kayak was designed in this study. Resistance analysis and structural safety were conducted by employing software tool for verifying the reliability of the proposed kayak. The pressure resistance and frictional resistance were examined in a wide range of speed. Obtained results indicate that at speeds greater than 2.6m/s, the pressure resistance significantly increases and the total resistance also increases. Furthermore, the results corroborate that the proposed kayak structure has a adequate safety with respect to the design loads that are considered during operating conditions. 최근 수상 레저 사업장과 레저기구의 개수는 지속해서 성장하고 있다. 수상레저기구 중에서도 카약과 카누의 보급률이 크게 증가하고 있다. 기존에는 주로 FRP 재료를 사용하여 제작하였으나, 지구온난화, 천연자원 고갈 등의 문제로 인해 청정에너지 및 신재생 에너지에 대한 필요성이 대두됨에 따라 탄소섬유에 대한 수요도 빠르게 증가하고 있다. 본 연구에서는 이러한 사회적인 변화 의식에 부합하기 위하여, 탄소섬유를 적용한 보급형 카약을 설계하고, 제품의 신뢰성을 검증하기 위하여 저항성능 및 구조 안전성 평가를 수행하였다. 속도 변화에 따른 압력저항과 마찰저항 변화를 검토하였으며, 속도 2.6m/s 이상에서는 압력저항이 크게 증가하면서 전체저항이 커지는 현상이 발생한다. 현재 카약 구조는 운용 시 고려할 수 있는 설계하중을 고려 시, 충분한 안전율을 갖고 있음을 확인하였다.

Topology Optimization of the Decking Unit in the Aluminum Bass Boat and Strength Verification using the FEM-program

서광철,곽진,박주신 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회지 Vol.24 No.3

The objective of this paper is to optimize the cross-section of aluminum decking units used in the bass boats under operating conditions, and to verify the optimized model from the results via by ANSYS software. Aluminum decking unit is needed to endure specific loading while leisure activity and sailing. For a stiffer and more cost-neutral aluminum decking unit, optimization is often considered in the naval and marine industries. This optimization of the aluminum decking unit is performed using the ANSYS program, which is based on the topology optimization method. The generation of finite element models and stress evaluations are conducted using the ANSYS Multiphysics module, which is based on the Finite Element Method (FEM). Through such a series of studies, it was possible to determine the most suitable case for satisfying the structural strength found among the phase-optimized aluminum deck units in bass boats. From these optimization results, CASE 1 shows the best solution in comparison with the other cases for this optimization. By linking the topology optimization with the structural strength analysis, the optimal solution can be found in a relatively short amount of time, and these procedures are expected to be applicable to many fields of engineering.

시운전 탱크 테스트 중 발생하는 도막 크랙의 원인 분석

서광철,박주신 해양환경안전학회 2021 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11

A Study on the Hydrodynamic Effect of Biofouling on Marine Propeller

서광철,구본국,Seo, Kwang-Cheol,Atlar, Mehmet,Goo, Bonguk The Korean Society of Marine Environment and safet 2016 해양환경안전학회지 Vol.22 No.1

프로펠러 표면의 생물 부착이 프로펠러 성능에 상당한 영향을 미치지만 프로펠러 표면 거칠기와 관련된 연구는 상대적으로 선체 표면에 비하여 많지 않다. 본 연구에서는 Schultz(2007)가 발표한 Granville's similarity-law scaling 절차에 기초하여 실선 7 m 크기의 탱커 프로펠러에 표면 부착물 상태가 서로 다른 3가지 경우를 고려하여 프로펠러 단독 효율의 감소의 변화를 Lifting surface code를 사용하여 수치적 계산을 수행하여 효율을 비교하였다. 본 논문에서의 결과는 표면 거칠기가 큰 석회질 부착물($k_s=0.001$)은 선박 설계 속도(J=0.5)에서 최대 15 %의 프로펠러 효율 감소를 보였음을 확인하였으며 이는 선박 운항 시 생물 부착에 의한 효율 감소에 대한 평가가 고려되어야 한다는 점을 나타내고 있다. The effect of propeller surface roughness condition on ship performance is very significant even the influence of fouling on propeller performance is not well established compared to biofouling on the hull surface. In present study, predictions of open water efficiency of propeller are made for three different fouling conditions, and its application is given for the 7m full-scale propeller of a medium-size tanker in open water condition. The numerical predictions of propeller efficiency loss due to fouling are based on the results from laboratory-scale drag measurements and boundary layer similarity law analysis presented in Schultz (2007) together with an in-house unsteady lifting surface code which is an appropriate tool to predict the effect of propeller surface roughness on propeller performance. The results of this study indicate that the subject propeller with the small calcareous fouling ($k_s=0.001$) can lead to as high as 15 % loss at the propeller operating condition (J=0.5) and the loss of propeller efficiency due to fouling should be evaluated while the ship is operating.

해양플랜트지원선의 저항성능과 운동응답특성에 관한 연구

서광철,김옥석,류연철,이경우,Seo, Kwang-Cheol,Gim, Ok-Sok,Ryu, Youn-Chul,Atlar, Mehmt,Lee, Gyoung-Woo 해양환경안전학회 2013 해양환경안전학회지 Vol.19 No.4

In this study, numerical hull form development of a platform supply vessel, a full scale with the overall length of 26.75m, was performed to predict a bare-hull resistance and a large scale of model tests with a 1/10 scaled model were conducted to verify the success of numerical results. Numerical analysis on heave and pitch motion as a function of encounter frequency and ship's speed for the prediction of seakeeping characteristics are also presented. The experiment results of resistance agreed well with numerical analysis. As a result in the motion response characteristics, the heave RAO indicates high values with the range of encounter frequency 1.8~2.0. The Pitch RAO indicates high motion response characteristics at Beaufort scale No. 3 and 4 in rough seas. 본 연구에서는 전장이 26.75 m인 해양플랜트지원선의 선형개발을 위한 수치해석을 수행하였고 수치해석 검증을 위한 1/10의 모형선 시험을 예인수조에서 수행하였다. 또한 운항해역의 해상조건으로 뷰포트 스케일 2, 3 및 4에서 향파, 선수사파 및 횡파에서 선속별 상하동요 및 종동요에 대해서 운동응답특성을 수치 해석하였다. 모형시험과 수치해석의 저항 예측 결과는 상호 일치하였다. 운동응답특성은 선수파에서 상하동요는 조우주파수 1.8~2.0 영역에서 크게 나타났으며, 종동요는 거친 해상에서 선미사파 및 고속영역에서 높은 운동특성을 보였다.

60M급 쌍동형 카페리 구조의 유공판 좌굴강도 연구

서광철,오정모 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회지 Vol.24 No.1

This paper discusses about results of advanced buckling strength design for several kinds of perforated plated in the twin-hull car-ferry. For medium/small sized high speed vessels with a length of more than 50 meters and a length / width ratio of more than 12, such as car-ferries, it is highly possible that the buckling strength becomes weak due to the relatively thin thickness and the use of low strength capacity such as mild steel. Especially, it becomes big problem about weak buckling rigidity around the opening to access purpose in the perforated. As regarding safety design point of view for perforated plate, it is necessary to clarify buckling strength and ultimate strength by the distribution of in-plane load distribution around the opening. In this study, nonlinear series analysis using ANSYS was performed to clarify the influence of parameters such as aspect ratio, opening ratio and opening shape affecting the buckling and ultimate strength characteristics of the perforated plate under axial compression and we are derived the optimum design as buckling strength point of view. Based on these results, the governing factor determining the buckling strength of the perforated plate was the opening ratio, and the aspect ratio and the shape of the hole were not influenced. 본 연구에서는 쌍동형 카페리에 다수 존재하는 유공판의 좌굴강도 설계 수행 결과 및 개선사항을 논의하고 있다. 카페리와 같이 길이가 50미터 이상이고, 길이/폭의 비가 12보다 큰 중/소형 고속선박은 상대적으로 두께가 얇고 연강을 사용함으로서 좌굴강도가 취약해질 가능성이 농후하다. 특히, 작업자의 접근 및 통로로 활용되는 유공판에서 좌굴강도가 취약해질 가능성이 있다. 안전한 구조설계를 위해서는 유공주위의 면내 하중 재 분포에 의한 좌굴강도 및 최종강도에 대한 명확한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 유공판의 좌굴 및 최종강도 특성에 영향을 미치는 매개변수의 영향을 종합적으로 고려하기 위하여 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 활용한 비선형시리즈 해석을 수행하였으며, 주요 변수(종횡비, 유공비, 유공형상)들에 대한 영향을 검토하였다. 이 결과를 바탕으로 하여, 유공판의 좌굴강도를 결정짓는 가장 큰 인자는 유공비였으며, 종횡비와 유공의 형상은 그 영향이 미비하였다.

노후화된 플로팅도크의 잔류 구조강도 평가

서광철,홍태호,박주신 해양환경안전학회 2019 海洋環境安全學會誌 Vol.25 No.1

Due to its nature the manufacturing industry faces a cyclical economy, and therefore there is an urgent need for a companion industry to cope with this cyclic pattern in the long run. The sector suitable for meeting this demand is the repair and shipbuilding industry. In order to operate a shipbuilding repair business, a floating dock is indispensable, and most obsolete floating docks were imported from overseas and operated through repair/maintenance. However, there is no precise guideline for floating dock safety, and most models have been in use for at least 30 years without being required to enter classification at the time of operation. In this study, structural strength analysis was carried out using measured thickness information of aged floating docks, and the residual structural strength of floating docks in operation was analyzed. The main results derived from this study can be referred to as guidelines for the review of the structural safety of similar equipment, and it is expected that an optimal solution will be found within a short time using this method for repair/maintenance. 신조 방식의 제조업의 특성상 경기 사이클이 존재하기 때문에, 장기적으로 이를 대처할 동반 산업이 절실하게 필요로 하고 있다. 이러한 요구에 적합한 분야가 수리조선업 분야이다. 수리조선업을 운영하기 위해서는 플로팅도크가 필수적으로 필요로 하며, 대부분 노후화된 플로팅도크를 해외로부터 수입한 후, 개/보수를 통하여 운용하고 있다. 그러나, 사용연한이 최소 30년 이상이고, 운용 시 특정 선급에 입급을 시키지 않기 때문에, 안전성에 대한 정확한 지침은 전무한 상태이다. 본 연구에서는 노후화된 플로팅도크의 계측한 두께 정보를 활용하여, 구조강도 검토를 수행하고, 운용중인 플로팅도크의 잔류 구조강도를 분석하였다. 연구를 통하여 도출된 주요 결과들은 유사 설비의 구조 안전성 검토에 대한 가이드라인을 참조할 수 있으며, 개/보수 시 이러한 방법을 활용하면 빠른 시간 내에 최적 해를 찾을 수 있을 것으로 기대된다.

점토층 지반에 설치 가능한 8MW급 해상풍력발전기 하부구조물 개발

서광철,최주석,박주신 해양환경안전학회 2021 해양환경안전학회지 Vol.27 No.2

신재생에너지 신규설비 보급이 매년 꾸준히 증가하고 있으며, 그중 개발 확장성이 풍부하고 생산유발계수가 큰 해상풍력 시장이 급성장하고 있다. 특히 서남해 권역은 최고 수준의 해상풍력 잠재량을 보유하고 있으며, 관련 프로젝트들이 추진 중이다. 본 연구는 점토층 지반에 효과적인 해상풍력 하부구조물의 개발에 있어 EUROCODE에 의한 구조물의 설계 절차를 제시하고 구조 안전성을 고찰하여 관련 기술 분야에 이바지함을 목표로 한다. 선행연구에서는 풍력발전기 용량이 5MW급을 주요 대상으로 하였으나, 서남해 해상풍력발전기 시장의 기술 추세에 부합하는 발전 용량 8MW급을 연구 모델로 선정하였다. 이에 본 연구에서는 서남해 지질 조건에 부합하는 하부구조물을 개발하고, 구조 안전성을 유한요소법을 활용하여 검증하였다. 초기 설계안에서 일부 구간을 보강하여 구조 안전성을 확보하였다. 본 연구 결과를 기반으로 하여, 향후 다양한 형태의 하부구조물에 대한 구조 안전성 평가가 가능하며, 전문화된 구조 설계 및 평가 기준을 확립하였다. The construction of new renewable energy facilities is steadily increasing every year. In particular, the offshore wind farm market, which has abundant development scalability and a high production coefficient, is growing rapidly. The southwest sea has the highest possible offshore wind power potential, and related projects are to be promoted. This study presents a basic design procedure by the EUROCODE and considers structural safety in the development of an effective offshore wind foundation in the clay layer. In a previous study, the wind power generator of 5MW class was the main target, but the 8MW of wind turbine generator, which meets the technical trend of the wind turbine market in the Southwest sea, was selected as the standard model. Furthermore, a foundation that fulfills the geological conditions of the Southwest sea was developed. The structural safety of this foundation was verified using finite element method. Moreover, structural safety was secured by proper reinforcement from the initial design. Based on the results of this study, structural safety check for various types of foundations is possible in the future. Additionally, specialized structural design and evaluation guidance were also established.