대형 컨테이너 선박의 유탄성 실선 계측 데이터 분석

국문 초록 (Abstract)

선박의 대형화와 고속화가 진행되어 감에 따라 스프링잉, 휘핑과 같은 유탄성 응답의 중요성이 부각되고 있다. 유탄성 응답하는 선박의 동적 특성을 파악하기 위해선 모드 형상, 고유주파수, 감쇠비와 같은 동적 모달 변수의 추정이 매우 중요하다. 동적 모달 변수들은 선험적 미지수이기 때문에 진동하는 선체의 응답으로부터 직접 구할 필요가 있다.
본 논문에서는 대형 컨테이너 선박인 Rigoletto로부터 계측한 가속도, 변형률 데이터를 신호처리하여 동적 모달 변수를 추출하였다. POD 기법을 이용하여 진동하는 선체의 모드 형상을 식별하였으며, 이를 기반으로 진동 응답을 모드 분해하여 모드 별 고유주파수를 도출하였다. 또한, RDT 기법을 통해 진동하는 선체의 자유감쇠신호를 얻고 이로부터 감쇠비를 추정하였다.
계측된 변형률 신호들 간의 상관관계를 분석해 선체 진동 응답이 수직 굽힘 하중과 비틀림 하중 중 어느 것에 기인한 것인지를 식별하였으며, 가속도의 모드 분해 신호(Modal magnitude)와 변형률과의 상관관계 분석을 수행하였다. 계측된 변형률 데이터로부터 응력의 시계열을 도출하여 peak stress의 초과 확률 분포를 구하였고, Palmgren-Miner rule을 적용하여 유탄성 진동 응답의 유무에 따른 시간대 별 피로손상도와 전체 측정 기간에 대한 피로손상도를 계산하였다. 이를 바탕으로 장기 피로손상도를 추정하였다.

목차 (Table of Contents)

• 요 약 I
• ABSTRACT II
• CONTENTS III
• 그림목차 V
• 표목차 VIII
• 제 1장. 서론 1
• 1.1. 연구배경 1
• 제 2장. 이론적 배경 3
• 2.1. 대역필터(BAND-PASS FILTER) 3
• 2.2. 적합 직교 분해(PROPER ORTHOGONAL DECOMPOSITION) 4
• 2.3. 랜덤 감쇠 기법(RANDOM DECREMENT TECHNIQUE) 7
• 제 3장. 대상 선박 및 신호 계측 시스템 8
• 3.1. 대상 선박 주요목(MAIN PARTICULARS) 8
• 3.2. 신호 계측 시스템(SIGNAL MEASUREMENT SYSTEMS) 9
• 제 4장. 데이터 전처리 12
• 4.1. 계측 데이터(MEASUREMENT DATA) 12
• 4.2. 분석 시간대 선정(TIME-SLOT SELECTION) 13
• 4.3. 신호 데이터 전처리(SIGNAL PREPROCESSING) 18
• 제 5장. 가속도 분석 28
• 5.1. 가속도 성분 분해(ACCELERATION COMPONENT DECOMPOSITION) 28
• 5.2. 수직 굽힘 모드 분석(ANALYSIS OF VERTICAL BENDING MODE) 29
• 5.3. 비틀림 모드 분석(ANALYSIS OF TORSIONAL MODE) 53
• 제 6장. 변형률 분석 57
• 6.1. 변형률 상관관계 분석(STRAIN CORRELATION ANALYSIS) 57
• 6.2. 변형률과 모드 분해 신호 상관관계 분석(STRAIN VS. MODAL MAGNITUDE) 70
• 제 7장. 피로 해석 80
• 7.1. 초과확률 분포(PROBABILITY OF EXCEEDANCE OF PEAK STRESS) 80
• 7.2. 피로손상도 계산(FATIGUE DAMAGE CALCULATION) 87
• 제 8장. 결론 94
• 참고문헌 95