실험계획법을 이용한 양식장용 알루미늄 소형 선박의 선체 구조설계 민감도 평가 = Evaluation of the sensitivity of hull structure design of small aluminum vessels for fish farms using experimental design methods

국문 초록 (Abstract)

양식장용 알루미늄 소형 선박산업 및 양식장 기자재 산업에서는 해상 양식장에서 육상양식으로 점차 변화해가는 추세이며 이를 기반으로 하는 스마트 양식산업의 변화는 이제 선택이 아닌 필수적인 요소로 다가오고 있다. 이러한 기술 개발을 위해서는 양식장 정보를 자동으로 추출할 수 있는 본 연구대상과 같은 무인 양식장 관리선이 개발되어야 한다.

일반적으로 인력이 승선해서 움직이는 선박과 다르게 무인 선박의 경우 정보 획득을 위한 많은 선박 기자재가 탑재되기에 하중에 대한 영향력을 많이 받는 특징이 있다. 이를 해결하기 위해서는 선박의 안전성을 확보하면서 최적의 설계를 통하여 선박의 무게를 줄이고, 민감도 해석을 통하여 부재별 선박의 안전성에 미치는 데이터를 도출해야 한다. 본 연구는 실험계획법을 통하여 유한요소법 기반으로 구조강도 성능 평가를 실시하고, 선체 구조의 방진 성능 검토를 위해 추진장치의 기진력을 분석한 후 유한요소법을 기반으로 선체 구조의 진동해석을 수행하였다. 새로운 형식의 알루미늄 소형 선박의 구조민감도 해석을 위해 주요 부재의 치수를 3수준 설계 인자로 고려하고 구조강도 평가 응력, 진동주파수 및 중량을 응답치로 설정하여 전인자 실험계획법, 직교 배열 실험계획법, 랜덤 실험계획법을 각각 적용하여 민감도 해석을 수행하였으며 민감도 해석을 통해 주요 부재별 응답치에 대한 정량적 영향도를 분석하였고, 실험계획법 상의 설계 행렬로부터 최소 중량 설계안을 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The aluminum small ship industry for fish farms and the equipment industry for fish farms are gradually changing from marine farms to land farming, and the change in the smart aquaculture industry based on this is now approaching as an essential factor, not an option. For such technology development, an unmanned fish farm management ship such as this study subject that can automatically extract fish farm information should be developed.

In general, unlike ships that move on board with personnel, unmanned ships are characterized by a lot of influence on loads because they are equipped with many ship equipment for information acquisition. To solve this problem, it is necessary to reduce the weight of the ship through optimal design while securing the safety of the ship, and to derive data that affect the safety of the ship by member through sensitivity analysis. This study conducted a structural strength performance evaluation based on the finite element method through the experimental planning method, analyzed the vibration force of the propulsion device to review the vibration performance of the hull structure, and performed vibration analysis of the hull structure based on the finite element method. For the structural sensitivity analysis of a new type of aluminum small ship, the dimensions of major members were considered as three-level design factors, and the structural strength evaluation stress, vibration frequency and weight were set as response values. Sensitivity analysis was performed by applying the all-factor experimental planning method, the orthogonal arrangement experimental planning method, and the random experimental planning method, respectively. Through sensitivity analysis, quantitative impact on response values for each major member was analyzed, and a minimum weight design plan was presented from the design matrix of the experimental planning method.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서 론 01
• 제 1절 연구 배경 01
• 제 2절 연구목적 및 방법 03
• 제 2장 관련 시장 및 실험계획법 이론 05
• 제 1절 국내⦁외시장동향 05
• 2.1.1 스마트양식장 기술성장단계 05
• 2.1.2 스마트양식장 국내기술 동향 07
• 2.1.3 스마트양식장 국외기술 동향 08
• 제 2절 실험계획법 이론 09
• 2.2.1 직교배열법(OAD) 09
• 2.2.2 라틴 하이퍼큐브 샘플링(LHS) 10
• 2.2.3 Box-Behnken 설계법(BBD) 11
• 제 3장 구조설계 모델 및 해석 12
• 제 1절 구조설계 모델 및 해석 12
• 3.1.1 초기 선박 모델링 12
• 3.1.2 해석모델 모델링 14
• 3.1.3 해석모델 모델링의 조합 18
• 제 2절 구조해석 20
• 3.2.1 해석 모델을 위한 구조해석 20
• 제 4장 민감도 해석 23
• 제 1절 설계 변수 설정 23
• 4.1.1 선체 주요부재 설계 변수 23
• 4.1.2 직교배열 설계법(OAD) 결과 26
• 4.1.3 라틴 하이퍼큐브 샘플링(LHS) 결과 28
• 4.1.4 Box-Behnken 설계법(BBD) 결과 32
• 4.1.5 실험계획법 결과 요약 37
• 제 5장 민감도 해석 38
• 제 1절 진동 주파수 영향도 38
• 5.1.1 직교배열 설계법(OAD) 결과에 대한 진동주파수 영향도 38
• 5.1.2 직교배열 설계법(OAD) 결과에 대한 응답치 LC1 영향도 39
• 5.1.3 직교배열 설계법(OAD) 결과에 대한 응답치 LC2 영향도 39
• 5.1.4 직교배열 설계법(OAD) 결과에 대한 응답치 Mass 영향도 40
• 제 6장 결론 및 고찰 41
• 참고문헌 43