KR 웹진 158호

1. 서론

컨테이너선의 대형화에 따라 선체 유탄성 응답에 대해 조선소 및 선주들의 관심도가 높아져 이와 관련된

해석 요구들이 증가하고 있다. 그 중 슬래밍에 의한 휘핑 영향도는 IACS UR S11A의 최종강도 계산 시 고려

되며, 이와 관련하여 KR은 2017년 “휘핑을 고려한 컨테이너선의 강도평가 지침”을 발간하였고 절차에 따라 컨테이너선의 최종강도 평가 시 휘핑영향도를 고려하고 있다.

대형 컨테이너선의 유탄성 응답은 선박의 길이 및 선체의 중앙단면 설계에 따른 강성의 변화에 따라 그

크기가 달라질 수 있다. 본 연구에서는 컨테이너선이 대형화됨에 따른 설계 인자의 변화에 대한 휘핑 영향도를 평가하기 위하여 지침의 절차에 따라 다양한 대형컨테이너선들의 유탄성 응답을 분석하고 휘핑 영향도를 평가하여 경향을 분석하였다.

2. 모델 및 모드해석

유탄성 해석에 사용될 모델은 컨테이너선의 크기에 따라 총 6척을 선정하였다. 이 중 3척은 One Island 선박이며, 다른 3척은 Twin Island 선박이다. 모델의 동적특성을 확인하기 위하여 모드해석을 수행하였다.

컨테이너선 6척에 대한 모드해석결과는 표 1과 같다.

 

Name	3차원 전선모델 (Dry 조건)		3차원전선모델 (Wet 조건)		보이론 모델 (Dry 조건)
	VB (Hz)	T (Hz)	VB (Hz)	T (Hz)	VB (Hz)	T (Hz)
A	0.575	0.358	0.413	0.318	0.566	0.359
B	0.603	0.386	0.471	0.352	0.614	0.385
C	0.595	0.378	0.462	0.351	0.614	0.397
D	0.588	0.333	0.462	0.313	0.613	0.326
E	0.654	0.390	0.521	0.367	0.677	0.389
F	0.627	0.357	0.489	0.335	0.638	0.343

 *VB = Vertical Bending, T= Torsion

 

그림 1. 선박의 종굽힘 모드 형상

  

3. 해석절차

지침의 평가절차에 의거하여 설계해상상태접근법을 적용하여 평가 하였다. 그림 2는 설계해상상태접근법의 해석 절차를 나타낸다.

 

그림 2. 설계해상상태접근법

 

4. 해석조건
 4.1 해상상태 선정

 컨테이너선 6척에 대하여 장기 단기 해석을 수행하고 선박의 설계수명동안 조우할 수 있는 최대극한하중

 (장기값) 계산에 가장 큰 기여를 하는 해상상태를 선정하였다. 그림 3은 장기값 계산의 기여도 분포를 나타낸

 다.

 

그림 3. 장기값 기여도 분포

 

 4.2 시간해석조건

 

 생성한 모델과 선정된 해상상태를 이용하여 시간영역에서의 유탄성해석을 수행하기 위한 해석조건은

 표 2와 같다.

 

항목	내용
Speed	5knot
Heading Angle	Head Sea
Simulation time	3Hr
Time Step	0.025 sec
Wave Spectrum	P-M Spectrum
Nonlinear Computation	Weakly nonlinear
Slamming Model	Generalized Wager Model

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. 해석결과

 
One Island 선박은 휘핑 영향도가 약17%에서 18%까지 증가하는 것을 확인하였다. 크기에 따라 확연한 큰

차이는 없지만 배길이가 증가할수록 휘핑 영향도가 증가하는 경향을 확인 할 수 있었다. 반면에 Twin Island선박은 약12%에서 약23%까지 컨테이너선의 크기 변화에 따라 그 변화량이 큰 것을 확인 하였다.

6. 휘핑영향도 경향분석

 
컨테이너선 6척을 기준으로 휘핑영향도 경향을 분석하기 위하여 해석 절차에 따른 각 단계별 주요 인자를

선별 하였다. 선박의 진동에 영향을 줄 것으로 예측되는 선박의 강성과 배수량 그리고 종굽힘 모드의

절점위치를 주요 인자로 하였으며, 다음과 같은 관계식(안)을 구성해 보았다.

Whipping Contribution = Stiffness Term / Displacement Term + VBM Mode Term + Correction constant

관계식은 진동관점에서 구성하였으며, 강성과 질량의 관계에 종굽힘모드의 절점관계와 보정계수를 더하는 방식으로 구성하였다. 표 3은 관계식의 각 항목별 구해진 값을 나타낸다.

 

One Island
Stiffness Term	6.26 x Iy
Displacement Term	10.0 x ▽ / 1000
VBM Mode Term	4.46
Correction constant	10.2

      

Twin Island
Stiffness Term	6.26 x Iy
Displacement Term	0.7 x ▽ / 1000
VBM Mode Term	10 x L_node / LBP
Correction constant	-43

 

그림4는 설계해상상태접근법의 결과와 경향분석을 통해 얻은 각 항목의 내용을 적용하여 계산한 결과를

보여준다.

 

그림 4. 설계해상상태접근법과 경향분석에 따른 경험식 비교

 

7. 결론

KR의 휘핑을 고려한 컨테이너선의 강도평가 지침의 평가절차에 의거하여 대형컨테이너선의 휘핑영향도를 계산하였다. 총 6척에 대하여 휘핑영향도의 수준을 파악하였으며 One, Twin Island별로 크기에 따라 휘핑   

영향도의 변화정도를 파악하였다.

One Island 선박은 20%이내의 휘핑영향도가 예측되었고 선박의 크기별 차이는 크게 없을 것으로 분석 되었다. 컨테이너선이 좀 더 대형화 되면서 적용된 Twin Island 선박은 현재 생산된 크기에서는 25%이내의 휘핑영향도가 예측되며 크기에 따른 차이가 뚜렷하며 대형화됨에 따라 영향도가 일정 값으로 수렴되는 것으로

예측되었다.

마지막으로 휘핑영향도 결과를 분석하여 주요 인자별 경향성을 파악하였고 이를 경험식화 하여 해석 결과와 비교해 컨테이너선의 초기 휘핑영향도 평가를 진행 할 수 있도록 하였다.