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슬로싱 하중을 받는 KC-1 단열시스템의 표면 완충 효과
진교국,윤인수,양영철,Jin, Kyo Kook,Yoon, Ihn Soo,Yang, Young Chul 대한기계학회 2015 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.3 No.3
슬로싱 하중은 LNG 화물창의 내부 구조물에 강한 충격을 유발시킨다. 이는 슬로싱 하중에 의해 평면이나 구석 부위에 순간 압력을 증가시키기 때문에 멤브레인 타입의 화물창에서는 매우 위험하다. 멤브레인 타입의 화물창은 선체구조에 비해 매우 유연하므로, 유체-구조 상호작용은 슬로싱 하중을 받는 화물창의 구조해석에서 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구는 유한요소해석 기법을 이용하여 LNG 유체와 KC-1 단열시스템의 경계에 대시포트를 이용하여 유체-구조 상호작용을 고려한 해석 방법에 대해 다루었다. 결론적으로 표면 완충 효과를 적용하였을 경우, KC-1 단열시스템의 폴리우레탄폼에서 발생하는 최대응력이 약 1.5 배 낮아지는 효과가 있음을 알아내었다. Sloshing of LNG cargo can cause high impact loads on the supporting and containing structures. This is particularly critical for membrane-type tanks since these will have flat surfaces and corner regions which can lead to increased peak pressures for sloshing impacts. The membrane-type containment system is much more flexible compared to the steel hull structure. As a result, fluid-structure interaction plays an important role in the structural analysis of the containment system under sloshing load. This study is based on the direct calculation method of applying sloshing loads to the KC-1 basic insulation system using finite element analysis. The structural analysis of KC-1 basic insulation system considers the dashpot as fluid-structure interaction between liquid cargo and the LNG containment system. The maximum stress of the polyurethane form for KC-1 insulation system is 1.5 times lower than one without dashpot.
슬로싱 하중을 받는 한국형 LNG선 화물창(KC-1)의 보냉 판넬에 대한 구조 안전성 평가
진교국(Kyo-Kook Jin),오병택(Byung-Taek Oh),김영균(Young-Kyun Kim),윤인수(Ihn-Soo Yoon),양영철(Young-Chul Yang) 한국가스학회 2013 한국가스학회지 Vol.17 No.2
한국형 LNG선 화물창(KC-1)의 개발은 LNG선의 핵심기술인 화물창시스템의 원천기술을 확보하여 외화절감 및 조선 산업의 경쟁력을 높이는데 그 목적이 있다. 화물창 내부의 액체가 선박의 모션에 의해 생기는 슬로싱 충격하중에 대한 LNG선의 화물창의 구조 안전성 평가는 중요한 설계 요소가 되었다. 슬로싱 현상에 의한 구조 안전성을 평가하는 가장 이상적인 방법은 유체 영역과 화물창 구조의 상호 작용을 완벽하게 구현하는 것이다. 그러나 유체-구조 연성해석은 방대한 계산 시간과 결과의 정확성을 보장하기 어렵기 때문에 불규칙적인 슬로싱 압력을 삼각파의 형태로 이상화하여 구조 안전성을 평가하였다. 따라서 본 연구에서는 슬로싱 압력은 15/1000초 동안에 최대 10bar의 압력으로 가정한 삼각파로 고려하였고, 해석 결과 한국형 LNG선 화물창(KC-1)의 보냉 판넬은 슬로싱하중에 대해 구조적으로 건전한 것으로 평가되었다. The purpose of the development of KC-1 LNG cargo containment system is reduction in royalty and increase in competitiveness of shipbuilding industry. An assessment of structure safety for LNG cargo containment system under sloshing load due to ship motion has become an important design element. The ideal way is to implement fully interaction of the fluid domain and the cargo containment system. However the irregular sloshing pressure were idealized in the form of a triangular wave for safety assessment because the fluid-structure interaction analysis is taken the extensive computation time and difficult to ensure the accuracy of the results. In this study, the sloshing load was assumed to be a triangular wave with a maximum pressure of 10 bar during 15/1000 seconds. In the analytic results, the basic insulation panel of KC-1 LNG cargo containment system was assessed to be structurally safe for sloshing load.
미시역학적 파손이론을 이용한 복합재 적층판의 피로수명 예측
진교국 ( Kyo Kook Jin ),하성규 ( Sung Kyu Ha ),김재혁 ( Jae Hyuk Kim ),한훈희 ( Hoon Hee Han ) 한국복합재료학회 2011 Composites research Vol.24 No.1
복합재 적층판의 피로수명을 평가하는 것은 여러 가지 재료와 섬유적층각에 따라 수많은 인증실험이 요구된다. 본 논문에서는 미시역학적 파손이론을 이용하여 복합재의 구성재료인 섬유, 기지 및 섬유/기지 경계면의 피로수명 예측를 통해 복합재적층판의 피로수명 평가를 할 수 있는 방법을 제시하였다. 기지는 다축응력상태을 고려할 수 있는 일반적인 등방성 재료의 등가응력파손식을 이용하였고, 섬유는 이방성 재료이지만 섬유방향의 응력이 주요하므로 섬유방향의 응력만 고려한 최대응력파손식을 사용하였다. 섬유/기지 경계면에서는 임계단면파손식을 사용하였고, 경계면의 피로강도가 크다고 가정하여 경계면에서의 피로파손는 무시하였다. 인장과 압축강도가 다른 재료의 평균응력효과를 고려할 수 있도록 수정된 Goodman 식을 이용하였다. 순수 기지의 피로실험 데이터를 기반으로 미시역학적 파손이론을 이용하여 단일 플라이와 복합재 적층판인 UDT[90°2], BX[±45°]S와 TX[0°2/±45°]S의 피로수명을 예측해 보았고, 실험 데이터와 잘 일치함을 확인하였다. Many tests are required to predict the fatigue life of composite laminates made of various materials and having different layup sequences. Aiming at reducing the number of tests, a methodology was presented in this paper to predict fatigue life of composite laminates based on fatigue life prediction of constituents, i.e. the fiber, matrix and interface, using micromechanics of failure. For matrix, the equivalent stress model which is generally used for isotropic materials was employed to take care of multi-axial fatigue loading. For fiber, a maximum stress model considering only stress along fiber direction was used. The critical plane model was introduced for the interface of the fiber and matrix, but fatigue life prediction was ignored for the interface since the interface fatigue strength was presumed high enough. The modified Goodman equation was utilized to take into account the mean stress effect. To check the validity of the theory, the fatigue life of three different GFRP laminates, UDT[90°2], BX[±45°]S and TX[0°2/±45°]S was examined experimentally. The comparison between predictions and test measurements showed good agreement.
슬로싱 하중을 받는 한국형 LNG선 화물창(KC-1)의 90도 보냉 판넬에 대한 구조 안전성 평가
진교국(Kyo-Kook Jin),오병택(Byung-Taek Oh),김영균(Young-Kyun Kim),윤인수(Ihn-Soo Yoon),양영철(Young-Chul Yang) 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.12
The purpose of the development of KC-1 LNG cargo containment system is reduction in royalty and increase in competitiveness of shipbuilding industry. An assessment of structure safety for LNG cargo containment system under sloshing load due to ship motion has become an important design element. The ideal way is to implement fully interaction of the fluid domain and the cargo containment system. However the irregular sloshing pressure were idealized in the form of a triangular wave for safety assessment because the fluid-structure interaction analysis is taken the extensive computation time and difficult to ensure the accuracy of the results. In this study, the sloshing load was assumed to be a triangular wave with a maximum pressure of 10 bar during 15/1000 seconds. In the analytic results, the 90 degree insulation panel of KC-1 LNG cargo containment system was assessed to be structurally safe for sloshing load.
멀티 스케일 접근법을 이용한 복합재 압력용기의 수명 예측
진교국(Jin, Kyo-Kook),하성규(Ha, Sung-Kyu),김재혁(Kim, Jae-Hyuk),한훈희(Han, Hoon-Hee),김성종(Kim Sung-Jong) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.9
본 논문은 다축 하중을 받는 복합재 압력용기의 멀티 스케일 피로수명 예측 방법을 제시하였다. 멀티 스케 일 접근법은 복합재료의 기본 구성재료인 섬유, 기지 및 섬유/기지 경계면의 거동으로부터 복합재 플라이, 적층판 및 구조물의 전체 거동을 예측한다. 멀티 스케일 피로수명은 거시적 응력 해석과 미시적 피로파손 해석을 통해 예측된 다. 유한요소법을 이용하여 복합재 압력용기의 적층판에 가해지는 다축 피로하중을 구하며, 고전적층판이론을 이용하 여 적층판의 플라이 응력을 계산하였다. 미소역학 모델을 이용하여 플라이 응력으로부터 각각 섬유, 기지 및 섬유/기 지 경계면에 발생되는 응력을 계산하였다. 복합재 구성재료의 피로수명은 섬유에 대해서는 최대응력법을, 기지에 대 해서는 등가응력법을, 섬유/기지 경계면에 대해서는 임계평면법을 사용하였다. 평균응력을 고려하기 위하여 수정된 Goodman 식을 적용하였다. 모든 피로하중에 의한 손상은 Miner 법칙을 이용하여 선형 누적이 되고, 이를 통해 최종 피로파손을 판단한다. 섬유와 기지의 물성값, 섬유체적비 및 와인딩 각도의 확률분포에 따른 복합재 압력용기의 피로 수명 영향을 분석하기 위해 몬테카르로 시뮬레이션을 수행하였다. A multi-scale fatigue life prediction methodology of composite pressure vessels subjected to multi-axial loading has been proposed in this paper. The multi-scale approach starts from the constituents, fiber, matrix and interface, leading to predict behavior of ply, laminates and eventually the composite structures. The multi-scale fatigue life prediction methodology is composed of two steps: macro stress analysis and micro mechanics of failure based on fatigue analysis. In the macro stress analysis, multi-axial fatigue loading acting at laminate is determined from finite element analysis of composite pressure vessel, and ply stresses are computed using a classical laminate theory. The micro stresses are calculated in each constituent from ply stresses using a micromechanical model. Three methods are employed in predicting fatigue life of each constituent, i.e. a maximum stress method for fiber, an equivalent stress method for multi-axially loaded matrix, and a critical plane method for the interface. A modified Goodman diagram is used to take into account the generic mean stresses. Damages from each loading cycle are accumulated using Miner's rule. Monte Carlo simulation has been performed to predict the overall fatigue life of a composite pressure vessel considering statistical distribution of material properties of each constituent, fiber volume fraction and manufacturing winding angle.