캔틸레버형 헬리데크에 대한 비선형 좌굴 안전성 평가
Safety evaluation of a cantilever-type helideck under nonlinear buckling
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초록
본 연구의 목표는 허용 응력 기준을 만족하도록 설계된 캔틸레버형 헬리데크 모델을 대상으로 비선형 좌굴에 대한 안전성을 평가하는 것이다. 헬리데크를 구성하는 대부분의 부재들이 좌굴에 취약하다고 알려진 세장형 구조물이기때문에, 비선형 좌굴에 대한 안전성이 특히 보장되어야 한다. 적절한 설계 조건들과 연구 결과 평가를 위한 기준을 결정하기 위해, 헬리데크 설계에 널리 쓰이는 DNV의 OS-E401과 CAA의 CAP-437 규정을 참고하였다. 또한 헬리데크의 동적안정성을 평가하기 위해 상용 프로그램인 ANSYS Mechanical APDL을 사용하여 유한 요소 해석을 수행하였다. 먼저 비상착륙조건 하에서 9개의 헬리콥터 착륙 위치와 5개의 풍향으로 조합된 45개의 상황에 대한 선형 좌굴 해석을 수행하고, 그 후 착륙 하중에 대한 임계 좌굴하중을 계산하여 가장 위험한 하중 조건을 찾아내었다. 다음으로 그 조건에서의 첫번째 좌굴 모드 형상을 초기 결함으로 가한 후 비선형 해석을 수행하였고, 소성 변형률이 0.2%가 되는 지점에서의 착륙하중을 비선형 좌굴하중으로 결정하였다. 최종적으로 설계 착륙 하중에 대한 선형 또는 비선형 좌굴이 발생할 때 가해진 착륙하중의 비를 임계 설계하중계수로 산정하였으며, 이를 통해 주어진 캔틸레버형 헬리데크 설계가 비선형 좌굴에대해 구조적으로 안전함을 검증하였다.
Abstract
In this paper, the safety under nonlinear buckling of a cantilever-type helideck that was designed in accordance with the allowable stress criterion was evaluated. Because most of the structural members in helidecks are slender, nonlinear buckling safety should be carefully considered. The typical helideck design regulations such as DNV-OS-E401 and CAA-CAP-437 were referred to decide proper design conditions and criteria. In addition, finite element analysis was performed using commercial software ANSYS Mechanical APDL to ensure dynamic stability of the helideck design. Linear buckling analysis was first conducted for 45 cases, specifically, the combinations of 9 landing locations and 5 wind directions. Afterwards, the most risky case was determined by evaluating the critical buckling loads under various landing conditions. Nonlinear analysis was subsequently performed while applying the first buckling mode shape as an initial imperfection. The corresponding landing load was regarded as the nonlinear bucking load when a plastic strain of 0.2% occurred. Finally, critical design load multipliers for both linear and nonlinear buckling load points were calculated, thus verifying the stability against nonlinear buckling for the cantilever-type helideck design.
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