선박 거주구는 승무원 및 여객들이 상주하는 곳으로서 대형 상선의 경우 주선체 상부에 건물형태의 높은 구조이므로, 선박의 불균형력과 프로펠러 기진력으로 인해 주 선체와 연성되어 진동이 발생한다. 대형상선의 거주구는 육상구조물과는 달리 주선체와 마찬가지로 강성은 일정하나 화물적재량의 변화에 따라 선박 거주구의 유효질량이 변화함으로 가변적인 진동특성을 갖는 구조물 중의 하나이다. 본 연구에서는 가변 동특성을 갖는 대형상선의 거주구 진동을 수동형 및 능동형 흡진장치를 통하여 제어할 경우 거주구의 고유진동수 변화에 따른 제어성능의 변화를 반영할 수 있으면서도 제어성능과 안정성이 뛰어난 강건제어 시스템의 설계 가능성을 수치 시뮬레이션을 통하여 확인하고자 하였다. 적용대상은 진동문제가 많이 발생하는 컨테이너 운반선과 초대형 원유운반선의 거주구 진동특성을 3차원 유한 요소법을 이용하여 검토하고, 실험적인 방법으로는 거주구 형태의 구조물의 질량변화에 대한 동조형 흡진기의 제어성능을 시험과 선형이차 진동제어 장치의 진동제어성능 실험결과를 소개하고자 한다.
고품질 선박 평가의 중요한 척도인 진동허용 기준에 대한 관심이 점차 높아지고 있다. 진동 허 용기준은 선박 계약시 건조사양에 포함될 뿐 아니라 건조후 시운전 결과 평가시나 인도후 아프터 서비스 과정에서도 선주와 건조자간에 자주 거론되는 항목이다. 평가 관점으로서는 .승무원의 거주성 및 작업성 .구조 부재의 피로파괴 발생 가능성 .기계기기 기구들의 성능 보존성 등이 있으며 IOS(국제표준화기구)나 여러 선급 기준들이 사용되고 있다. 그러나 보다 쾌적한 거주구나 작업 구역을 원하는 탑승자들의 욕구가 커짐에 따라 최근 저 진동선을 요구하는 선주 들의 허용기준에 대한 관심 또한 늘어나고 있다. 이에 따라 IOS는 선박진동의 종합평가 기준인 IOS 6954 개정 작업을 진행중에 있으며 일부 선급에서도 자체적으로 보완한 기준들을 제시하고 있다. 반면에 조선소들의 입장에서 보면 그간 진동 예측 방법과 방진설계 기술이 발전된 덕분에 심각한 진동문제는 많이 줄어들었다 하겠으나 90년대 아후 선박의 고속화에 따른 기진력 증가로 인하여 저 진동 선박 건조가 쉽지만은 않은 것이 최근의 상황이다. 따라서 본 고에서는 현재 사용되는 각종 선박진동 허용 기준들을 다시 정리하고 그중 강화될 전망이 있는 거주구 진동 허용기준에 대한 변화 추세를 살펴보고자 한다.
이 연구의 목적은 당사에서 제작한 멤브레인형 $130,000M^3$와 $135,000M^3$ LNG 운반선의 진동특성을 파악하고, 거주구역의 진동수준을 예측하기 위함이다. 우선 공진 회피의 관점에서 최적의 프로펠러를 선택하기 위해 간단한 계산을 수행한 후, 주변 해수를 고려한 선박 전체를 모델링하여 3차원 유한요소해석을 수행한다. 이 계산은 보다 정확한 고유진동수를 결정하고, 프로펠러 기진의 주파수 범위에서 관련된 모드 형상을 결정하며, 선박 거주구에서 기대되는 진동수준은 잘 예측할 수 있다. 다음으로 선박이 진수되고 전체구조가 조립된 후 안벽에서 불평형 가진기를 이용해 가진기테스트를 실시하고, 해상시운전 중에도 동일한 방법으로 테스트를 실시한다. 시험은 고유진동수의 항으로 선박의 실제진동응답과 계산결과와의 좋은 비교를 가능하게 한다. 추가적으로 실제 엔진을 구동해 RPM을 최저에서 최고까지 천천히 변경하면서 실제 운항 중 진동응답을 계측함으로서 고유진동수를 예측하여 해석결과 및 가진기 시험결과와 비교한다.
본 논문에서는 한 차량운반선에서 발생했던 진동문제와 그 해결과정에 대하여 연구하였다. 선박의 거주구를 포함한 선미부 전체가 프로펠러의 날개주파수와 공진하는 매우 규모가 큰 진동문제였다. 일반적으로 차량운반선은 구조적 특성때문에 진동에 취약한 것으로 알려져 있다. 본 선박은 일반차량운반선과는 달리 트레일러, 특수차량 및 비정형 대형화물을 위한 선박이기 때문에 거주구 하부 및 화물창 내부에 횡격벽과 기둥이 전혀 없는 구조적 특징을 갖고있다. 이외에 과도진동의 원인이라고 생각되는 여러가지 구조적인 문제점을 살펴보았고 향후의 방진설계를 위한 개선대책을 검토하였다. 실선계측을 통한 진동양상의 파악과 유한요소해석을 통해 예측된 여러 보강안들의 효과를 비교 검토한 후에 비교적 적은 보강재를 사용하여 진동레벨을 50-80% 감소시킨 성과를 얻었다. 아울러 강제진동응답, 구조보강의 효과 그리고 화물적재에 따른 진동특성의 변화에 대해 실선계측치와 유한 요소해석의 결과를 비교 검토하였다.
ISO6954:2000 (Mechanical vibration - Guidelines for the measurement, reporting and evaluation of vibration with regard to habitability on passenger and merchant ships) has taken effect as the governing body for vibration regarding habitability due to ship vibration. However, ISO6954:2000, when compared ISO6954:1984 (the first draft of ISO6954), needs to clear some deficiencies concerning convenience and reliability during field applications. In this paper, ISO6954:1984 and 2000 are evaluated on their suggested assessment method of ship's vibration in the future.
ISO6954:2000 (Mechanical vibration - Guidelines for the measurement, reporting and evaluation of vibration with regard to habitability on passenger and merchant ships) has taken effect as the governing body for vibration regarding habitability due to ship vibration. However, ISO6954:2000, when compared ISO6954:1984 (the first draft of ISO6954), needs to clear some deficiencies concerning convenience and reliability during field applications. In this paper, ISO6954: 1984 and 2000 are proposed on their revisions in the future.
Structural intensity has been mainly utilized to identify vibration energy flow in a vessel. In this paper, the structural intensity of a shuttle tanker subjected to H-moment of the main engine was calculated using a finite element model. From the analysis, it was found that the top-bracing elements, which support the main engine onto the hull structure to prevent the excessive transverse vibration of the main engine, play the role of the dominant path and sink for vibration energy flow from the main engine. Therefore, the structural intensity was controlled by the modification of stiffness and damping characteristics of the top-bracing elements. As a result, it is observed that the transverse vibration level at the center of navigation bridge deck decreased after the control of structural intensity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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