선형 변화를 통한 플랫폼 운동성능 최적화

Abstract

해양플랜트의 선형 설계에 있어서 선주, 선급, 설치환경, 경제 성 등의 여러 조건 및 요구사항을 동시에 만족시키기 위해 고려 해야 할 사항이 매우 많다. 전통적으로 유체역학, 구조역학 등 각 분야의 전문가 그룹에 의해 분야별로 요구조건을 만족하도록 설계되어 왔으나, 설계 선행그룹에 의해 만들어진 설계안은 후 행그룹에서 만족시켜야할 요구사항을 만족하지 못할 경우가 있 으며, 대다수의 경우 각 그룹별로 반복설계가 진행되어 최종설 계안이 도출된다. 본 연구에서는 해양플랜트의 선형 초기설계단계에서 피할 수 없는 반복 설계와 해석을 줄이기 위해, 운동성능 분야에서 설계 와 해석을 자동으로 수행할 수 있는 모듈을 개발하고 선형 개발 에 적용하였다. 반복 설계로 최적안을 도출하기 위해 선형 형상 생성, 고차경계요소, 운동해석, 후처리, 해석용 입,출력 파일 생 성이 자동으로 이루어지도록 하였다. 선형 형상 생성은 MSC.Nastran의 전후처리기인 MSC.Patran을 사용하였다. Patran은 모든 기능이 C언어와 유사한 형태의 script 로 제공되며, PCL(Patran Command Language)이라 부른다. 본 연 구에서는 PCL를 사용하여 모델 생성 및 9-node의 사각 고차경 계요소를 생성하였다. 또한 상용프로그램을 적용할 경우 4-node 의 일반적인 경계요소를 만들었다. 형상을 바꿀 때 마다 시간이 많이 드는 모델링 작업 시간을 크게 줄였다. 운동해석은 KRISO의 운동해석 in-house 프로그램인 AdFlow, 산업계에서 널리 사용되고 있는 BV의 Hydrostar를 이용하였다. 모든 단계가 자동으로 진행되기 위해 각종 변환 프로그램을 작 성하여 Patran에서 작성된 모델을 자동으로 해석프로그램으로 넘기고, 해석 단계별로 입력파일과 결과파일을 전달하도록 하 였다. 최적화를 위해서 상용프로그램인 Ansys의 Optislang과 Pidotech의 PIAnO를 이용하였으며, 본 연구에서 개발한 일련의 모델생성-해석-후처리 모듈을 최적값이 도출될 때까지 여러 번 반복하여 준다. 본 연구를 통해서 선박 형상, 반잠수식 형상의 해양플랜트 구조 물의 운동성능 형상 최적화를 수행하였으며, 본 기법이 해양구조물 의 초기 설계 및 형상 변화에 매우 실용적임을 확인하였다. 또한 수백개의 케이스를 자동 해석하며 나온 모든 결과들은 그 차체로 훌륭한 데이터베이스가 되어 전체적인 경향을 이해하 는데 큰 도움이 된다.