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지지조건에 따른 FPSO 상부 모듈의 구조적 거동에 관한 연구
장범선(Beom-Seon Jang),고대은(Dae-Eun Ko) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.11
FPSO는 원유의 생산을 위한 플랜트가 기능별로 모듈화 되어있는 상부구조(topside)와 생산된 원유의 저장 및 상부구조의 지지 기능을 하는 하부구조(hullside)로 구성된다. FPSO 상부 모듈과 이를 지지하는 선체의 구조적 거동은 이들을 연결하는 인터페이스 구조에 따라 달라지며, 인터페이스 구조의 형식은 MSS(Module Support Seat)라고 하는 개별 단위 지지구조들의 조합으로 구성된다. 인터페이스 구조의 형식이 다양하고 이에 따라 FPSO 상부 모듈 구조의 기본 설계가 크게 영향 받으므로 초기 설계 단계부터 다양한 설계 방안을 검토해야 한다. FPSO 상부 모듈의 구조 설계 시에는 선체와의 상호 작용을 고려하여 MSS의 개수, 연결 형식을 결정해야 하고, 구조 강도 검증을 위한 유한요소 모델의 범위, 하중 조건, 경계 조건 등 구조 해석 옵션을 신중히 고려해야 한다. 본 연구에서는 상기 고려 사항들에 대한 비교 조합 Case들을 도출하고 강도 평가를 수행하였으며, 해석 결과의 상세한 고찰을 통해 상부 모듈의 구조적 거동 특성을 비교 분석하였다. 본 연구 결과는 보다 신뢰성 있는 상부 모듈 구조 설계를 위한 좋은 참고 자료가 될 것으로 판단된다. FPSO consists of topside modularized plants for production of crude oil, and hullside structures that serve as support for the topside and storage of produced crude oil. The structural behavior of the FPSO topside module and its supporting hull depends on the interface structure that connects them, and the interface structure consists of a combination of individual unit support structures called Module Support Seat (MSS). Types of interface structures are various and, accordingly, the basic design of the FPSO topside module structure is greatly influenced, so various design methods should be considered from the initial design phase. Structural design of FPSO topside module requires consideration of the number of MSSs, connection type, and structural analysis options such as the range of finite element models, load conditions, and boundary conditions for verification of structural strength. In this study, the comparison combination cases for the above considerations were derived and the strength evaluation was performed, and the structural behavior characteristics of the topside module were compared and analyzed through a detailed review of the analysis results. The results of this study are considered to be a good reference for designing a more reliable topside module structure.
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보강판의 좌굴 평가식에 따른 좌굴 강도 및 최적설계의 비교
장범선(Beom-Seon Jang),조호영(Ho-Young Cho) 한국해양공학회 2009 韓國海洋工學會誌 Vol.23 No.5
In ship design or offshore structure design, the evaluation of buckling strength (or ultimate strength) is critical to the determination of scantling of stiffened plates. For this reason, it is useful to study the effect of applying different formula or the relationship between stiffened plate with buckling utilization factor (UF). It can facilitate a designer to decide how much the scantling should be reinforced or how much can be reduced for an optimal design. This paper conducts a comparative study for three budding check methods; DNV-Ship-Rule, DNV-RP-C201, DNV-PULS. The capacity curves and 2D contour plot for utilization factors versus bi-axial in-plane stresses are compared. The contour plots of DNV-Ship-Rule and DNV-PULS show smoothly increasing trends of UF as the applied in-plane stresses increase, however that of DNV-RP-C201 shows rapidly increasing trend as the applied stresses go beyond transverse buckling stress. A sensitivity analysis is performed to investigate the influence level of each parameter of a stiffened plate on UF. Resulting from the analysis, plate thickness is identified to be the most affective parameter to UF regardless of the buckling check methods. Based on the addressed study, optimal designs for bottom plate of 165 K tanker corresponding to three formulas are compared with each other. DNV-PULS yields 1 ㎜ and 2 ㎜ less thickness than DNV-Ship-Rule and DNV-RP-C201, respectively.
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선박 초기 설계 프로세스 관리 시스템을 위한 프레임워크 제안
장범선,양영순,이창현,Jang, Beom-Seon,Yang, Young-Soon,Lee, Chang-Hyun 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.6
동시공학개념이 최적화의 개념과 함께 대두되면서 최적화 적용을 위한 많은 노력들이 실제 설계 문제에 적용되어 왔다. 하지만 최적화가 적용될 수 있는 설계 문제들은 확대되었지만 선박 설계과정은 모든 관련된 설계 작업들의 전산적인 통합의 어려움으로 인해 많은 부분들이 여전히 반복적인 접근 방법에 의존되고 있다. 이러한 접근 방법은 전체 설계 문제를 쉽게 다룰 수 있는 많은 하위 문제로 분해한 후 많은 다른 팀에 의해 복잡한 내부 상호작용 통해 이루어지고 있다. 본 논문은 이러한 실제 선박 설계 초기과정에 대해 초점을 맞추고 있다. 본 논문에서는 워크플로우(workflow) 기반 설계 프로세스 관리 시스템 구축을 위한 첫 단계로서, 프로세스 중심의 통합 프레임워크를 제안한다. 이 프레임워크는 크게, 관리자가 설계 진행 상황을 모니터링하고 관리할 수 있는 부분과 설계자가 설계 워크플로우를 따라 효과적으로 설계 업무를 수행할 수 있는 설계 업무 관리 부분으로 나뉘어진다. 전체 시스템은 그 관리 대상에 따라 여러 개의 모듈로 나뉘어지고, 그 모듈간에는 전체 시스템의 기능 달성을 위해 합리적인 상호작용이 이루어질 수 있도록 설계되었다. 설계 프로세스 모델은 실제 선박설계 현실의 분석을 통해 최대한 합리적이고 적용 가능한 모델이 괼 수 있도록 제안되었다. 제안된 프레임워크는 상용 워크플로우 시스템을 통해 실제로 구현될 예정이다. As the concurrent engineering concept has emerged along with the support of optimization techniques, lots of endeavors have been made to apply optimization techniques to actual design problems for a holistic decision. Even if the range of design problems which the optimization is applicable to has been extended, most of ship designs still remain in an iterative approach due to the difficulties of seamless integration of all related design activities. In this approach, an entire design problem is divided into many sub-problems and carried out by many different disciplines through complicated internal interactions. This paper focuses on preliminary ship design process. This paper proposes a process centric integrated framework as the first step to establish a workflow based design process management system. The framework consists of two parts; a schedule management part to support a manager to monitor current progress status and adjust current schedule, and a process management part to assist a design to effectively perform a series of design activities by following a predefined procedure. Overall system are decomposed into modules according to the target to be managed in each module. Appropriate interactions between the decomposed modules are designed to achieve a consistency of the entire system. Design process model is also designed on a thorough analysis of actual ship design practice. The proposed framework will be embodied using a commercial workflow package.
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CAD/CAE 통합을 위한 구조설계 최적화에 관한 연구
박창규,양영순,류원선,장범선,Park, Chang-Kue,Yang, Young-Soon,Ruy, Won-Son,Jang, Beom-Seon 한국전산구조공학회 2009 한국전산구조공학회논문집 Vol.22 No.2
개발단계에 있어서 필수적인 성계 프로세스인 CAD 및 CAE 시스템은 각각 개별적으로 발전되어 왔다. 더구나 제품개발에 있어서 부서나 기업간의 CAD 또는 CAE 시스템의 이질성이나 제품 데이터 표현방법의 차이로 인해 이를 통합하기 위한 부가적인 비용과 개발기간이 발생하기도 한다. 따라서 설계과정에서의 협업을 성공적으로 수행하기 위해서는 제품 개발 초기 단계에서부터 이질적인 CAD와 CAE 등의 관련 시스템을 유기적으로 통합 관리할 수 있어야 한다. 따라서 본 연구에서는 보다 효과적으로 통합관리하고 설계 및 해석도구들의 연계사용을 지원하기 위해 최적설계를 포함한 설계 및 해서시스템을 통합화하는 기법을 제안하고, 보강판 예제를 통해 CATIA를 이용한 CAD와 CAE간의 데이터 전환의 문제점을 극복하는 것을 보여줌으로서 이 기법의 타당성을 보여주고자 한다. 이와 아울러 최적화 과정을 수행함에 있어서 CAE 프로세스는 구조 최적화 과정에 있어서 하나의 필수적인 부분임을 확인할 수 있었다. In product development, CAD and CAE systems taking part in the design process were individually developed. Furthermore, in product development, different divisions and businesses often have heterogeneous CAD/CAE systems and methods for expressing product data, and addressing this heterogeneity creates additional costs and causes longer development periods. To ensure successful collaboration in the design process, it is therefore imperative that different CAD, CAE, and other related systems be managed in an organic and integrated manner from the initial stages of product development. Therefore, this study suggests an integrated CAD/CAE system including optimization in a more effective and integrated manner but also to support interfacing and the collective use of design and analysis tools. To validate the proposed method, a stiffened plate example is taken as an example. It is found that the proposed method could overcome the bottleneck of CAD and CAE such as transferability of data, though CATIA and ANSYS are used at the moment. Besides, carrying out an optimization process during the CAE process is another essential parts for the structural optimization process.
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