표준구조모델 K-FPSO 설계를 위한 국부구조 민감도 분석 및 최적화 연구

Abstract

선박이나 해양구조물과 같은 대형구조물에 하중이 작용할 때 해양환경조건에 따라 구조물의 손상, 과도한 변형이 발생하지 않도록 설계를 수행해야 한다. 전통적으로 선급 규칙을 기반으로 구조물의 구조안전성을 보장하는 설계를 수행하며 최종한계상태 및 피로한계상태에 대한 강도를 평가하여 보수적인 구조안전성을 확보한다. 특히 해양구조물의 경우, 설치되는 해역에 따라 환경하중이 바뀌기 때문에 다양한 형태가 존재하며 구조물의 국부구조에 대한 강도평가기준을 만족하는 설계를 도출하기 위해 직접강도해석 절차를 반복해야 한다. 본 연구에서는 해양구조물 설계시 설치되는 대상해역에 따른 국부구조의 구조강도에 대한 민감도를 분석하고 이를 바탕으로 구조강도를 만족하는 상세치수 설계 과정을 자동화하기 위해 최적화기법을 적용하였다. 대상구조물은 선박해양플랜트연구소에서 개발한 표준선형모델 K-FPSO로 구조스캔틀링, 직접강도해석을 통한 항복강도, 피로강도평가를 통해 초기설계를 도출하였다. 이후 3개의 화물창에 대한 수치모델링을 수행하고 구조스캔틀링으로 설계하지 않은 벌크헤드(Bulkhead), 웹 프레임(Web frame), 스트링거(Stringer)의 구조보강재에 대한 변수로 다양한 설계파에 대한 구조강도를 만족하는 설계를 도출하기 위해 민감도분석 및 최적화를 수행하였다. 민감도 분석 결과, 노르웨이 선급 규정에 따른 다양한 설계파조건에 따라 구조보강재를 구성하는 판의 두께, 빔 단면치수 등에 대한 민감도를 계산하였으며, 이를 고려하여 최적설계를 수행함으로서 최소 중량의 구조강도를 만족하는 설계안을 도출하였다