근사최적화 기법을 이용한 플로트오버 설치 작업용 갑판 지지 프레임의 중량감소 설계

Abstract

최근 해양플랜트의 대형화 및 고중량화로 인해 수만톤 이상 규모의 상부구조물을 안벽으로부터 목표 해양구조까지 안전하게 해상에서 설치할 수 있는 플로트오버(Float-over) 공법의 개발과 안전 설치를 위한 부가 구조물의 설계 기술개발이 필요하다. 부가 구조물 중 플로트오버 설치 작업 중 고중량의 상부구조물을 안전하게 지지하기 위한 갑판지지 프레임(Deck Support Frame, DSF)은 작업 운용 하중뿐만 아니라 다양한 해양환경 하중을 고려하여 설계 되어야 한다. DSF는 구조설계 상의 안전성 확보와 함께DSF가 탑재되는 이송 선박의 운동성능과 부력 확보를 위해 중량저감 설계가 필요하다. 본 연구에서는 20,000톤 규모 상부구조물의 안전한 해상작업을 실현하기 위한 플로트오버 공법 개발과 관련하여 DSF의 구조설계 민감도해석을 수행하였다. 새로운 형식의DSF의 구조 민감도해석을 위해 주요 부재의 치수를 3수준 설계인자로 고려하고 구조강도 평가 응력 및 중량을 응답치로 설정하여 직교배열 실험계획법을 수행하였다. 민감도해석을 통해 주요부재 별 응답치에 대한 정량적 영향도를 분석하였고, 실험계획법 상의 설계행렬로부터 최소중량 설계안을 검토하였다. 또한 실험계획법 데이터를 이용한 반응표면법을 이용한 근사모델을 생성하고, 근사모델을 이용한 중량감소 최적화해석을 수행하였다. 근사 최적화를 통해 산출된 최적설계안은 실험계획법의 최송중량 설계안과 비교하여 최적해의 타당성을 검토하였다.