ARAON호의 북극해 빙하중 실측 데이터의 확률론적 해석

Abstract

The most important factor in the design of an icebreaking vessel is the ice pressure from sea ice, however it is difficult to quantify ice pressure. The best way is to measure ice load through field test.

The first icebreaking research vessel in Korea, ARAON, has collected various data including strain through several field tests since 2010. The collected data have not been used in the design of ship structures due to insufficient analysis procedures. The purpose of this study is to derive local design ice pressure based on the field data from ARAON in order to improve structural design against ice load.

In this study a local design ice pressure as functions of contact area is derived using data from 2016 ARAON’s Arctic field test, which collected more diversified strain data than the previous year’s field tests, including ship’s speed and ice thickness information by use of integrated monitoring system.

Local ice pressure is usually described as a function of contact areas, but it is not practical to express the ice pressure only by area. The pressure depends on various factors such as ship speed and material properties of sea ice. In this study, the local design ice pressure was reanalysed after reviewing the ARAON’s data to consider speed of vessels and thickness of sea ice.|빙해역을 운항하는 쇄빙선박의 설계는 일반 선박과 달리 해빙으로부터 유발되는 빙하중이 가장 중요한 고려 대상이지만 빙하중을 정량적으로 파악하는 것은 쉽지 않으며 이를 파악하기 가장 좋은 방법은 실선시험을 통해 실제 빙하중을 계측하는 것이다.

이에 따른 연구의 일환으로 국내 최초의 쇄빙연구선 ARAON호는 2010년부터 최근까지 수차례의 실선시험을 통해 변형률을 비롯한 여러 가지 데이터를 계측한 바 있다. 하지만 계측된 데이터는 처리방법의 미흡으로 실제 구조물 설계에는 활용되지 못하고 있다. 본 연구의 최종 목적은 ARAON호의 실선계측 데이터를 이용하여 실제 구조물 설계에 활용하기 위해 설계 국부빙압력 추정식을 도출하는 것이다.

2016년 ARAON호의 실선시험은 통합계측 시스템을 이용한 계측시간의 동기화, 설치된 카메라에서 촬영된 해빙의 단면 영상을 분석하여 해빙의 두께 추정 등의 이유로 다른 해에 비해 많은 데이터를 활용할 수 있다.

본 연구에서는 2016년 ARAON호의 실선시험 데이터를 이전의 연구자들이 제안한 확률론적 방법을 이용하여 면적에 대한 함수로 설계 국부빙압력 추정식을 도출하였다.

실제 빙압력은 선박의 속도나 해빙의 재료특성 등 여러 요인에 의해 달라지므로 빙압력을 면적만으로 나타내는 것은 현실적이지 못하다. 또한, 2016년 ARAON호의 실선시험은 선박의 손상이 일어나지 않는 정상운항 상태에서 수행되었으며, 얼음의 강도가 약한 여름에 수행되었으므로 이때의 데이터를 토대로 도출한 추정식의 계산 결과는 극한 빙압력이 아니며 추가적인 보완이 필요하다.

본 연구에서는 선박의 속도 및 해빙의 두께와 빙압력의 관계를 추가적으로 분석하였으며, 이때의 결과를 통해 기존의 설계 국부빙압력 추정식을 보다 현실적인 추정식으로 보완하였다.