실시간 구조건전성 모니터링을 위한 Krylov Subspace 기반 컨테이너 선박의 차수축소모델 구조응답 평가 연구

Abstract

최근 선제적인 유지보수비용 절감을 위해 디지털 트윈(Digital Twin)을 활용한 선박 및 해양구조물에 대한 실시간 구조건전성 모니터링에 대한 관심이 높아지고 있다. 구조손상에 대한 진단, 모니터링을 통한 유지보수계획, 의사결정을 정확하고 신속하게 수행하기 위해서는 가상의 디지털 트윈 모델이 구조물의 특성을 반영해야 하며 빠른 시뮬레이션 속도가 요구된다. 차수축소법(Model Order Reduction, MOR)은 전체 시스템의 특성을 반영한 공간상에 투영하여 시스템을 축소하는 기법으로 디지털 트윈 모델의 요구조건을 충족한다. 본 연구에서는 다양한 차수축소법 중 Fig. 1과 같이 동적 시스템의 차수축소에 효과적인 Krylov Subspace 차수축소법을 선박해양플랜트연구소에서 개발한 컨테이너 선박(KRISO Container Ship, KCS)에 적용하여 구조응답을 평가하였다. 컨테이너 선박이 일정한 선속을 가지고 운항시 작용하는 불규칙파랑하중에 대하여 전체 자유도 25,566개 대비 축소자유도를 2개부터 50개까지 늘려가며 차수축소모델의 성능을 평가하였다. Fig. 1과 같이 축소자유도가 10개 이상일 때 차수축소모델이 높은 성능을 가지며, 축소자유도 30개 기준 0.1초 안에 전체 시스템 대비 0.1% 오차 내의 구조응답을 계산하는 것을 확인하였다.