해양구조물 구조디지털트윈모델 알고리즘 개발 및 시험기반 검증기술 연구

Abstract

최근 디지털 트윈 기술의 고도화에 따라 선박 및 해양구조물의 운용 과정에서 센서로부터 수집되는 데이터를 실시간으로 디지털 모델에 반영하고, 이를 기반으로 구조 응답을 모니터링하여 손상 진단 및 잔존 수명 예측을 수행하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 “해양구조물 구조디지털트윈 모델 알고리즘 개발 및 시험기반 검증기술”을 목표로, 차수축소 알고리즘 적용 구조디지털트윈 알고리즘과 절차를 제안한다. 차수축소 알고리즘의 핵심은 전체 시스템에 대한 기저 벡터를 계산하고 해당 공간에 시스템을 투영하여 차수를 축소하여 Reduced-Order Model(ROM)로 구성하는 것으로 Proper Orthogonal Decomposition, Distortion Base Mode, Krylov Subspace Method, Component Mode Synthesis 등 다양한 기법이 존재한다. 본 연구에서는 KRISO Container Ship(KCS)를 대상으로 위 네가지 차수축소기법을 적용하고 각 기법별 특징을 비교분석하였다. 대표 사례로 Fig. 1과 같이 선체 분할모형에서의 단면력 분포를 Proper Orthogonal Decomposition 기반 ROM을 구현하여 입력 변수별 민감도와 예측 성능을 체계적으로 평가하였다. 이후 모형시험 기반 검증을 위해 규칙파 및 불규칙파 조건에서 계측한 운동 및 단면력 계측 데이터를 활용하고, 동일 조건의 수치해석 모델과 비교함으로써 ROM의 일반화 가능성과 신뢰성을 검증하였다. 제안 알고리즘은 계산 비용을 크게 절감하면서도 수치해석 및 모형시험 결과와 정합성을 보였으며, 최대 굽힘모멘트 분포 예측에서 10% 이내의 오차를 확인하였다. 본 연구는 해양구조물 전반에 적용 가능한 구조디지털트윈 모델의 핵심알고리즘과 시험기반 검증 프레임워크를 제시함으로써, 실제 운용 선박 및 해양구조물의 실시간 구조 건전성 평가에 대한 실용적 적용가능성을 입증한다.