쇄빙선박의 국부 빙하중 추정을 위한 영향계수행렬

Abstract

본 논문은 쇄빙선박의 국부 빙하중을 추정하기 위한 영향계수행렬을 효율적으로 오차를 줄이는 방법에 대한 것이다. 이를 위해 계측 영역에 가해지는 압력과 계측 지점에서의 von Mises 등가응력을 이용한 기존의 방법을 보완하여 실제 계측 영역에 가해지는 X, Y, Z축 3방향 하중을 동시에 추정하는 향상된 영향계수행렬 산정법을 제시하였다, 또한 구조물에 작용하는 하중의 경우 계측이 수행되는 영역에만 가해지는 것이 아니므로 구조해석 시 계산 영역의 확장을 통해 영향계수행렬을 보완하여 하중 추정의 오차를 줄이는 방법을 확인하였다. 이렇게 수정된 영향계수행렬 산정 방법을 이용하여 2019년 쇄빙연구선 아라온호의 남극 항해 시 계측된 변형율 계측 데이터를 이용하여 계측 부위의 국부 빙하중을 계산하고 그 패턴을 분석하였다. 본 연구를 통해 선체의 외판에 작용하는 실제 하중의 방향을 고려할 수 있다는 점이 연구의 제일 큰 성과로 판단할 수 있으며, 특히 선체 길이 방향의 하중 의 경우는 선박에서의 빙저항(Ice Resistance)과의 연관성을 찾아낼 수 있으리라 생각이 되며 추후 빙해수조 및 빙해역 현장에서 계측된 빙저항과의 비교 분석이 가능할 것이라 예상된다.

This thesis focuses on the improvement of the influence coefficient matrix method for estimation of local ice load on the icebreaking research vessel ARAON. The influence coefficient matrix relates ice pressure on the hull plate to the measured/calculated hull strain/stress. Conventionally von Mises equivalent stresses representing hull stresses and ice pressure acting on the hull plate is utilized to assemble the influence coefficient matrix. Because of the three dimensional features of ship-ice collision process an enhanced method to assemble the influence coefficient matrix is derived considering ice loads in X, Y, and Z direction simultaneously. Furthermore the location of ice loads acting on hull plate may fall on outside the measuring sensor area, the enhanced influence coefficient matrix is modified to reduce the difference between the actual and the estimated ice loads by expanding the domain outward from the sensor area. The developed method for enhanced influence coefficient matrix is applied to IBRV ARAON during 2019 Antarctic ice field test and the local ice loads in three directions are efficiently calculated compared to those by conventional method.