선박의 충돌⋅좌초 사고 원인규명 해석기법 개발

Abstract

최근 대용량의 전산시스템의 개발과 더불어 LS-DYNA 코드와 같은 고도 비선형 동적 상용해석 프로그램이 크게 발전됨에 따라 구조 안전성 평가를 위한 내충격 응답해석 기법이 매우 활발히 수행되고 있으며 실험이나 시험을 보조하거나 대체할 수 있는 단계에 있다. 폭발, 슬로싱, 충돌, 좌초, 전복, 침수 및 침몰 등과 같이 유체와 관련된 내충격 응답을 정확하고 합리적으로 수행하기 위해서는 유체-구조 연성 해석기법의 고도 정밀 M&S 시스템을 이용한 실선 시뮬레이션을 수행하는 것이 가장 최선의 접근 방법이라 할 수 있다.

이러한 유체-구조 연성 해석기법의 고도 정밀 M&S 시스템은 해수에서 선박이 부양(floating)되고, 6자유도의 운동(motion)도 하고, 선내에 해수도 침수(flooding)되고, 운항 중일 때 파도(wave)도 생성하고, 두 물체가 근접할 경우에는 압착압력(squeezing pressure)이 발생하고, 두 물체가 스쳐 지나거나 안벽과 해저에 근접하게 운항할 경우에는 압력이 저하(banking effect)되는 등 해수에서의 여러 가지 연성효과를 구현할 수 있다. 손상자료를 세심히 분석하면서 충돌속도에 따른 변형률 의존 재료 물성치를 고려하는 파단모델을 합리적으로 구조 손상을 구현하는 것도 중요하다.

본 논문에서는 소형 어선의 충돌사고의 원인분석과 방사성폐기물 운반선의 좌초에 대한 구조 안전성 평가를 위해 유체-구조 연성 해석기법의 고도 정밀 M&S 시스템을 이용한 실선 충돌 및 좌초 시뮬레이션을 수행하였으며, 해수 중에서 보다 정확하고 실제적인 충돌 및 좌초 거동과 손상 응답을 구현할 수 있었다.

|With the advent and ongoing advances in numerical simulation capabilities and its sophisticated tools, such as highly accurate dynamic nonlinear simulation hydrocode LS-DYNA, development of shock response analysis techniques has been actively carried out for the structural safety assessment with viable, less costly alternatives as well as more reliable aids to the tests and/or experiments. To ensure an accurate and reasonable prediction of shock response with relation to the fluid, such as explosion, sloshing, collision, grounding, capsize, flooding and sinking etc., full-scale simulations would be the best approach using highly advanced M&S (Modeling & Simulation) of its Fluid-Structure Interaction (FSI) analysis technique.

Several coupling effects in the water could be conceptualized in this highly advanced M&S system of FSI analysis technique, such as floating, motion, wave making, squeezing pressure, bank effect and realistic ship velocity. Fracture criteria have to be also suitably applied to the structural damage considering strain rate effect, together with careful investigation of damage information.

In this study, using highly advanced M&S system of FSI analysis technique, full-scale ship collision & grounding simulations were performed for the investigation of small fishing ship collision and capsize accident and for the structural safety assessment of radioactive waste matter carrying vessel. More accurate and realistic collision and grounding behaviors, damage responses could be found in water condition using highly advanced M&S system of FSI analysis technique.