대표 연구성과

해양플랜트 산업경쟁력 강화를 위한 독자적 구조안전설계 기술 개발 및 국산화

연구개요

세부과제명
해양플랜트 구조안전성평가 체계구축을 위한 구조설계엔지니어링 기반기술 연구
발주처
해양수산부
연구자
해양플랜트연구부 이강수 책임연구원 (klee@kriso.re.kr)

주요 연구 성과

해양플랜트 구조설계 전용 유한요소해석 프로그램의 개발과 국산화를 통한 구조안전성평가 고유기술 확보
해양플랜트 구조물에 관한 새로운 파랑충격하중 추정 기법 제시 및 독자적 구조응답평가 기술 개발

우수성 및 차별성

본 연구 사업은 해양플랜트 구조물의 구조설계·엔지니어링 기술 개발을 위한 원천핵심기술 및 기반인프라 선행기술 확보를 위해 고정식 해양플랜트 구조물의 구조설계·엔지니어링 기술 개발, 고정식 해양플랜트 구조물의 안전도 평가를 위한 유한요소기법 연구, 부유식 해양플랜트 구조물의 파랑충격에 의한 구조 응답 평가기술 개발, 고정식 해양구조물의 구조-지반 연성에 관한 연구를 수행하였음.
고정식 해양플랜트 구조물의 구조설계·엔지니어링 기술 개발 연구에서는 API, DNV, AISC 등 관련 규정들을 조사 분석하고 관련 규정을 기반으로 구조물의 설계과정 및 스캔틀링 기법을 정립하였음. 이를 토대로 선급규정 기반 스캔틀링 과정을 통해 4,570톤급의 고정식 자켓 구조물의 초기설계를 수행하였음. 그러나 초기설계는 요구 응력비를 만족하지 못하여 구조강도 취약 부재의 설계 개선을 통해 요구 응력비를 만족하도록 개선하였으며 개선설계는 참고 자켓 구조물 대비 45% 재료 절감 효과를 보여 기존 대비 저비용으로 동일 수준의 강도를 확보하는 설계를 개발하였음. 뿐만 아니라 위상최적설계 프로그램을 개발하여 선급규정 기반 설계와 동일한 재료량을 사용, 구조물의 구조강성을 최대화 하는 자켓 패널의 최적설계(안)을 제시하였고, 동일 하중이 작용하는 구조시험에서 기존 설계보다 변위가 27% 감소하는 것을 확인하여 구조물의 구조 강성이 개선된 것을 검증하였음.
해양플랜트 구조물의 안전도 평가를 위한 유한요소기법 연구에서는 규칙파 및 불규칙파 파랑하중, 조류하중 등의 다양한 환경하중을 고려한 보요소 기반 유한요소해석기법을 개발하였음. 개발한 유한요소해석기법은 이론해와의 비교에서 기존 상용프로그램의 정확도 99.94%를 뛰어넘는 99.99%의 정확도를 보여 해양플랜트 구조안전성평가에서 세계를 선도하는 기술로 평가될 수 있음.
해양플랜트 구조물의 파랑충격에 의한 구조 응답 평가기술 개발 연구에서는 선수부 및 갑판에 작용하는 파랑충격 하중에 대한 전산유체역학 해석기법과 모형시험기법을 정립하였고, 상호비교를 통해 실린더 구조물의 쇄파충격력 기준으로 약 10% 오차 이내의 정확도로 추정될 수 있음을 검증하였음.
해양구조물의 구조-지반 연성에 관한 연구에서는 해저지반 물성 모델 및 변형과 변형률에 따른 비선형 물성 모델을 분석하여 정립하였고, 이를 기반으로 대변형 유한요소 해석 프로그램을 개발하였음. 개발한 대변형 유한요소 해석 프로그램은 원심모형 시험결과와 비교하여 해양플랜트 구조물의 지지력을 오차범위 5% 이내로 도출할 수 있음을 검증하였음.

기대효과

개발된 성능평가 기법 및 시뮬레이션 S/W, 시험/해석 데이터와 같은 핵심 개발기술의 국산화 및 기반기술을 확보하고 국내 조선해양업체로의 이전을 통한 현장 적용가능
개발된 유한요소해석기법 적용을 통한 구조해석 기술 고도화
국내 해양 플랜트 구조시험 및 해석 가이드라인을 정립