스마트 대형 등부표의 구조 해석 및 안정성 검증 연구
A Study on Structural Analysis and Field-Based Stability Verification of Smart Large Buoy
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초록
본 연구에서는 해상교통안전을 위한 핵심 항로표지 시설인 대형 등부표의 구조적 한계를 개선하고, ICT 융합형 스마트 대형 등부표의 설계 및 검증을 수행하였다. 기존 등부표는 반복된 외력과 부식, 유지보수의 어려움으로 구조적 안전성과 운용 효율이 저하되는 한계가 있었다. 이를 보완하기 위해 본 연구에서는 이중 밀폐형 챔버 구조와 하부 리브 보강 설계를 적용하여 외부 손상 시에도 부력을 유지할 수 있도록 하였으며, 내부 모듈화 구성을 통해 유지보수성과 작업 안전성을 향상시켰다. SolidWorks 기반의 구조강도 해석 결과, 최대 Von Mises 응력은 SS275 강재 항복응력의 약 25% 수준으로 확인되었고, 최대 변위는 0.1946 mm, 변형률은 1.828×10⁻⁴로 모두 허용 기준을 만족하였다. 또한 ANSYS-AQWA 기반 수치모형 시뮬레이션에서는 극한 파랑 조건(파고 5m, 주기 10s)에서도 9.06° 이하의 안정적인 기울기 응답이 확인되었으며, 실해역 IMU 센서 데이터를 통한 검증에서도 실제 해상에서의 안정적인 거동이 입증되었다.
Abstract
This study aimed to address the structural limitations of large buoys, which are crucial for maritime traffic safety, by designing and verifying an ICT-converged smart buoy. Conventional buoys have faced issues such as reduced structural safety and operational efficiency due to repetitive external loads, corrosion, and maintenance challenges. To tackle these problems, we implemented a dual-sealed chamber structure and a reinforced lower rib design to ensure buoyancy even in the event of external damage. Additionally, a modular internal configuration was adopted to enhance maintenance convenience and worker safety. Structural analysis conducted with SolidWorks indicated that the maximum Von Mises stress was approximately 25% of the yield strength of SS275 steel, with a maximum displacement of 0.1946 mm and a strain of 1.828×10⁻⁴, all within acceptable limits. Furthermore, hydrodynamic simulations using ANSYS-AQWA revealed a stable inclination response of less than 9.06° even under extreme wave conditions (wave height of 5 m and period of 10 s). Field verification with IMU sensor data also confirmed the buoy’s stable dynamic behavior in real marine environments.