Mark Ⅲ 방열 판 구조물의 파손 강도 평가에 관한 연구
Strength Analysis for the Plate System of the Mark ⅢCargo Containment
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초록
본 논문에서는 액화천연가스 운송을 위해 사용되는 맴브레인형 Mark Ⅲ 화물창 시스템의 주요 구조물인, 방열 판 구조물의 파손 강도 평가를 수행한 내용을 다루고 있다. Mark Ⅲ 방열 판 구조물을 복합적층 구조물로 고려하였으며 상용화된 범용 유한요소 프로그램인 MSC사의 PATRAN과 MARC를 사용하여 Mark Ⅲ 방열 판 구조물의 유한요소 모델을 개발하였다. 특히, 액화천연가스 화물의 특성으로 인해 Mark Ⅲ 방열 판 구조물이 접하는 상온에서 극저온에 이르는 광범위한 온도 분포에 따른 재료 물성치 변화를 유한요소 모델에 포함하였다. 이 유한요소 모델을 기반으로 파손 강도 평가 절차가 확립되었으며, 이 때 Mark Ⅲ 방열 판 구조물의 파손 발생 여부를 판단하기 위해 Hashin, Hill, Hoffman, maximum stress, 그리고 Tsai-Wu와 같은 이방성 파손 기준들을 사용하였다. Mark Ⅲ 방열 판 구조물의 전반적인 구조적 거동을 이해하였으며 이후 초기 파손 영역에서 강도 평가를 수행하여 파손이 발생되었을 때의 위치와 하중 등을 알 수 있었다.
Abstract
Mark Ⅲ CCS plate is considered in this paper to perform its strength assessment. Mark Ⅲ CCS plate is designed and constructed by stacking various non-metallic engineering materials such as plywood, triplex and reinforced PU foam that are supported by series of mastic upon inner steel hull structure. From the viewpoint of structural analysis, this plated structure is treated as a laminated anisotropic structure. Commercially available general purpose finite element analysis programs such as MSC PATRAN and MARC are used to develop the finite element (FE) model of the Mark Ⅲ CCS plate. Because of the characteristics of LNG cargo that the Mark Ⅲ CCS plate deals with, it is subjected to a wide range of temperature variations, i.e. about -163℃ to 20℃. Different material properties of the Mark Ⅲ CCS plate at these temperature levels are considered in the FE model. Using the developed FE model, strength assessment procedure is developed incorporating various anisotropic failure criteria such as Hashin, Hill, Hoffman, Maximum stress and Tsai-Wu. The strength assessment is performed within the initial failure state of the Mark Ⅲ CCS plate and, as a result, failure details such as failure locations and loads are identified.
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