고속정 설계하중 추정과 FRP선 선체 구조 강도 계산

소개글

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목차

1. 구조 설계 개요
1.1 구조 설계 개념과 절차
1.2 보, 하중 및 모멘트
1.3 응력
1.4 처짐
1.5 변형
1.6 단면의 특성
1.7 선체 강도

2. 구조 설계 분석 및 하중의 종류
2.1 구조설계 분석
2.2 선체 구조에 작용하는 하중의 종류
2.3 선체의 구조 강도 평가
2.4 소형선 구조 요소별 작용 하중
2.5 구조해석구역 정의
2.6 판(Plate Panel )의 Span
2.7 유효 폭(effective width)

3. 충격 하중 추정과 설계 하중
3.1 Robert J. Scott 방법
3.2 Westlawn Institute of Marine Technology 방법
3.3 Gibbs & Cox, Inc 방법
3.4 Heller and Jasper 방법
3.5 충격 하중 추정 방법 비교

4. 갑판, 격벽, 상부 구조물 설계 하중

5. FRP 적층판 안전 계수

6. 허용 처짐

7. 구조 재료
7.1 구성 요소 작용 하중과 재료 특성
7.2 FRP 재료 특성

8. 적층판 강도 계산
8.1 단판 구조의 단일 섬유 적층판
8.2 단판 구조의 복합 재질 적층판
8.3 샌드위치 구조

9. 구조 설계 절차
9.1 단판 구조
9.2 Frame
9.3 샌드위치 구조

10. 구조 강도 계산 사례
10.1 선저판
10.2 종통재
10.3 갑판 (단판 및 샌드위치 구조)

부록 : 표준 Hat 단면 형상 Frame 형상 크기 선정 그래프

본문내용

소형 고속정 구조 설계를 하기위해서는 파랑에 고속으로 주행할 때 선저에 가해지는 충격하중을 예측하는 것이 무엇보다 중요하다. 소형고속정에 작용하는 하중은 일반 배수량형 선박의 경우와는 달리 그 작용이 동적이며, 작용하는 하중 또한 매우 복잡하여 전산 도움없이 유체역학적 이론 계산이 매우 어렵다.
그 동안 선저에 작용하는 파랑의 충격하중을 이론적으로 계산하려는 노력이 많은 학자들에 의해 시도되어 왔으나 아직 만족할만한 값이 얻어지고 있지않다. 따라서 이 충격 하중은 실험이나 실측에서 얻어진 자료에 의존할 수 밖에 없는 것이 현실이다. 그것은 배수량형 선박에 적용하는 설계하중의 추정 방법으로는 계산이 거의 불가능한 복잡하고도 폭 넓게 변화하는 동적 하중을 받고 있기 때문이다. 또한 소형선박에 많이 사용하는 FRP 재료의 경우 금속 (Metal) 이나 목재(wood)보다 낮은 탄성 특성에 따라 처짐이 상대적으로 아주 크게 발생한다. 과다한 처짐은 축계장치의 오정렬(misalignment of shaft)로 소음과 진동의 원인이 되기도 하고 마찰저항을 증가시켜 속도를 감소시킨다. 과다한 처짐 문제와 경량화를 위하여 소형고속선의 경우 단판구조보다는 Sandwich 구조로 많이 건조한다. 따라서 Sandwich구조 계산은 필수적이다. 이러한 문제를 해결할 수 있도록 체계적으로 정리하면서 이해를 돕기 위하여 그림과 도표를 사용하여 전체를 파악하도록 하였다.

<중 략>

1.2 보, 하중 및 모멘트

1.2.1 보 이론과 작용

휨을 받는 어떤 요소에서 이들 힘이 같은 작용선상에서 작용할 수 없을 경우 서로 상쇄될 수 없는 힘에 의해서 내적 모멘트가 발생된다. 이 모멘트는 하중 작용측에 압축, 반대 측에 인장력으로 나타난다.보 이론은 압축측에서는 줄어들고 인장측에서는 늘어 남에 의해서 발생하는 휨 변형에 근거한다. 반대되는 두 힘 사이의 Arm(팔 길이,y)이 크면 클수록 저항 모멘트는 커진다. 이것은 보의 두께가 클수록 강성이 커지는 것을 의미한다. 직사각형 단면에서 휨에 대한 저항은 두께의 제곱에 따라 증가하지만, 폭에 대 해서는 선형으로 증가한다 (그림 1-1).

참고 자료

Eric Greene, Marine Composites, Eric Greene Associates, Inc. 1999
Gibbs & Cox, Inc., Marine Design Manual for Fiberglass Reinforced Plastics, McGraw-Hill, New York, 1960.
Norman Nudelman, Principles of Fiberglass Boat Design and Construction, Westlawn Institute of Marine Technology, 1990.