선박의 강도

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선박의 강도는 해군 설계사와 조선사들의 주요 관심사다.너무 튼튼하게 건조된 선박은 무겁고, 느리고, 무게가 더 나가기 때문에 건조와 운용에 추가 비용이 드는 반면, 너무 약하게 건조된 선박은 사소한 선체 손상과 어떤 극단적인 경우 치명적인 고장과 침몰로 고통 받는다.

선체에 적재

선체는 많은 하중을 받는다.

• 선착장이나 닻에 앉아 있어도 주변 물의 압력이 배에 밀려 선체를 압박한다.
• 선체, 선체 내 화물 및 부품의 무게가 선체를 짓누른다.
• 바람이 선체에 부딪치고 파도가 선체에 부딪친다.
• 배가 움직이면 선체 항력이 더해져 프로펠러의 힘이 더해져 물이 뱃머리에 부딪혀 올라갑니다.
• 배에 화물을 적재할 때, 선박은 구조물에 밀려 내려오는 화물의 빈 무게를 몇 배나 가질 수 있다.
• 거친 바다에서, 기상 갑판으로 넘치거나 추락하는 물은 갑판에 하중을 가하고 상부 구조물이나 코밍이나 해치와 같은 다른 갑판 기능에 횡하중을 가한다(아마도 어마어마하다).

배의 구조, 장비, 화물이 불균일하게 분포되어 있으면 구조물에 큰 점하중이 들어갈 수 있으며, 변위수에 의한 부력 분포와 다르게 분포되어 있으면 선체에 굴곡력이 발생한다.

선박이 건조될 때, 건조될 때, 선박은 바닥의 일정한 간격을 둔 기둥으로 지탱됩니다.

선체의 1차 강도, 하중, 굴곡은 선체 전체에 영향을 미치는 하중으로, 앞에서 뒤로 그리고 위에서 아래로 볼 수 있다.이것은 전체적인 횡하중(선박 내 좌우)을 포함하는 것으로 간주될 수 있지만, 일반적으로 세로 하중(끝에서 끝)에만 적용된다.단일 빔으로 보이는 선체는 구부러질 수 있습니다.

1. 처짐이라고 하는 중앙의 아래쪽
2. 중앙에서 호깅으로 알려져 있습니다.

원인은 다음과 같습니다.

• 선체, 기계 및 화물 적재
• 다음과 같은 최악의 경우 파동 부하:
  • 배의 길이와 같은 길이의 파도에 의해 처지는 것으로 뱃머리와 선미, 그리고 배 가운데에서 절정에 이른다.
  • 배의 길이와 같은 길이의 파도와 배의 피크(길이의 바로 중간)에 의한 호깅

1차 선체 굽힘 하중은 일반적으로 배의 중앙 부근에서 가장 높으며, 일반적으로 뱃머리 또는 선미 중간 부근에서 매우 경미합니다.

일차 강도 계산은 일반적으로 배의 중간 단면을 고려한다.이러한 계산은 단순화된 오일러-베르누이 빔 방정식을 사용하여 세로 굽힘에서 빔의 강도를 계산함으로써 선박 구조 전체를 단일 빔으로 취급한다.선체부의 관성모멘트(기술적으로 제2의 면적모멘트)는 빔의 중성축 또는 중심축을 구한 후 Y를 ${\displaystyle {구성}_{}}$하는 각 판 또는 거더 ${\displaystyle {단면별}_{}}$로 I ${\displaystyle y\frac{}{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle \frac{{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{h\mathrm{}}^{}}{}\frac{3}{{}^{}}}$ ${\displaystyle \mathrm{12}}$ + ${\displaystyle {}^{}}$ 2 ({$displaystyle I_${y} = b $frac {bh^{3}}$ {$12}$ + $Ad^{2}})$의 $양$을 합계하여 구한다.${\displaystyle }$({$displaystyle I_{y})$ 재료$$ 섹션의 관성 모멘트 $(displaystyle$ b$)$는 섹션의 폭(수평 치수$),$ h(\$displaystyle$h$$)는 섹션의 높이(수직 치수$),$ $A{\displaystyle }$(\$displaystyle$ A$$)는 섹션의 면적,$$d(\$displaystyle$ d$)$는 v)이다$.$중성축으로부터 해당 섹션의 중심에 대한 수직 거리.

일차 강도 하중 계산은 보통 선체를 따라 선체를 하나의 구획, 임의의 10피트 세그먼트 또는 그러한 관리 가능한 부분과 같이 관리 가능한 세로 섹션으로 분할하여 선체의 무게와 부력을 합산합니다.각 적재조건에 대해 해당 선체구간 내의 변위된 물의 양에 기초하여 해당 선체구간에 대해 변위된 물의 중량 또는 부력을 계산한다.선체의 중량은 그 길이와 장비 및 시스템의 중량에 대해 유사하게 계산됩니다.그런 다음 확인 중인 적재 조건에 따라 화물 중량이 해당 섹션에 추가됩니다.

총 정지수 굽힘 모멘트는 배의 길이에 따라 부력과 총 중량 간의 차이를 적산하여 계산됩니다.

선박이 움직이는 경우, 그 값에 추가로 휨 모멘트가 추가되어 선박이 마주칠 수 있는 파동을 고려합니다.배의 크기를 고려한 파도의 높이와 길이의 표준 공식이 사용됩니다.최악의 파도는 위에서 언급한 바와 같이 파정 또는 기압골이 배 안쪽에 정확히 위치하는 경우이다.

정지수 굽힘 모멘트 및 파동 하중을 포함한 이러한 총 굽힘 하중은 전체 선체 1차 빔이 견딜 수 있어야 하는 힘입니다.

2차 선체 하중, 굽힘 및 강도는 주요 세로 구획 또는 격벽 사이의 선체 구조(측면, 바닥, 갑판)에 발생하는 하중입니다.이러한 하중의 경우, 우리는 이 짧은 단면이 선체, 화물 및 선체, 기계 중량 등을 밀어내는 변위된 물의 국부적 힘 하에서 통합 빔으로 어떻게 동작하는지 관심이 있다.1차 하중과 달리 2차 하중은 단순한 빔이 아니라 측면에서 지지되는 복잡한 복합 패널에 가해지는 것으로 취급됩니다.

2차 하중, 강도 및 벤딩은 1차 하중과 유사하게 계산됩니다. 변위 및 무게로 인한 점 및 분산 하중을 결정하고 패널의 각 단위 영역에 대한 국소 총 힘을 결정합니다.그런 다음 이러한 하중에 의해 복합 패널이 변형되어 대부분의 하중이 압축되고 안쪽으로 향하기 때문에 일반적으로 벌크헤드 사이에서 안쪽으로 구부러집니다.구조물의 응력은 하중과 굽힘으로부터 계산된다.

세 번째 강도 및 하중은 보강재 사이의 선체 판의 개별 섹션의 힘, 강도 및 굽힘 응답과 개별 보강재 섹션의 거동입니다.보통 3차 하중을 계산하는 것이 더 간단합니다.대부분의 구간에서는 단순하고 최대 정수압 부하 또는 정수압 + 슬램 부하가 계산됩니다.플레이트의 가장자리는 보강재 및 보에 의해 지지됩니다.플레이트(또는 보강재)의 편향 및 추가 응력은 이러한 하중과 플레이트 및 셸 이론에서 간단히 계산됩니다.

선체 구조 요소

이 다이어그램은 선박의 주요 선체(선미, 선미 및 갑판실 제외)의 주요 구조 요소를 보여줍니다.

1. 갑판 도금(일명.k.a)메인 데크, 웨더 데크 또는 강도 데크)
2. 가로 격벽
3. 내부 바닥 셸 도금
4. 선체 하단 셸 도금
5. 가로 프레임(1/2)
6. 킬 프레임
7. 용골(종거더)(1/4)
8. 종방향 보강재(1/18)
9. 선체 측면 보

표시된 선체는 샘플의 작은 이중 바닥(이중 선체는 아님) 오일 탱커입니다.

총 하중, 굽힘 및 강도

선체의 특정 부분에 대한 총 하중은 모든 요소에서 선체에 가해지는 모든 1차, 2차 및 3차 하중의 합계이다.빠른 계산을 위한 일반적인 테스트 케이스는 배의 중간 부분 또는 중간 부분, 용골과 배의 측면 사이의 중간 부분인 보강재 사이의 선체 바닥판 부분의 중간이다.

표준 규칙

Det Norske Veritas, American Bureau of Shipping 및 Lloyd's Shipping Register와 같은 선박 분류 협회는 선체 하중, 강도 요건, 선체 도금 두께 및 보강 보강 보강재, 거더 및 기타 구조에 대한 표준 계산 양식을 확립했습니다.이러한 방법을 통해 특정 선박의 강도 요건을 신속하게 추정할 수 있습니다.거의 항상 이러한 방법은 보수적이거나 정확하게 요구되는 것보다 더 강한 강도 값을 제공합니다.그러나, 그들은 주어진 선박의 구조와 그것이 산업 공통 기준에 부합하는지 여부를 분석하기 위한 상세한 출발점을 제공한다.

물질적 대응

현대 선박은 거의 예외 없이 강철로 만들어졌다.일반적으로 이는 항복 강도가 약 32,000~36,000psi(220~250MPa)이고 인장 강도 또는 최대 인장 강도(UTS)가 50,000psi(340MPa) 이상인 상당히 표준적인 강철입니다.

요즘 조선업체들은 겨울철 한파 때는 선박이 많이 출항하기 때문에 바닷물에 노출돼도 내식성이 좋고(동결 이하) 낮은 온도에서도 부서지지 않는 강철을 사용하고 있으며, 제2차 세계대전 때는 선박이 반토막으로 갈라져 침몰하는 오래된 선박용 강철도 있다.대서양의 II.

기준 강철 등급은 ABS A로, 미국 선적국이 지정했습니다.이 강철은 항복 강도가 최소 34,000psi(230MPa), 최대 인장 강도가 58,000~71,000psi(400~490MPa)이며, 파쇄 전에 8인치(200mm) 길이의 시료에서 최소 19%, 2인치(50mm) 길이의 시료에서 최소 22% 늘어나야 합니다.

항복 강도로 정기적으로 압압되는 강철은 금속 피로를 겪기 때문에 항복 강도 이상의 안전 계수를 적용해야 한다.강철은 일반적으로 피로 한계를 가지며, 이 한계는 응력 부하 사이클의 양에 관계없이 금속 피로 및 균열/고장을 유발하지 않습니다.선박 설계 기준에서는 일반적으로 선박의 모든 정상 하중이 중간 안전계수를 곱한 값으로 건설에 사용되는 강철의 피로 한계 미만이어야 한다고 가정한다.이 배는 악천후와 거센 파도 속에서 정기적으로 만재상태로 운항하며, 평생 동안 여러 번 정상설계된 최대 운항조건에 맞닥뜨릴 것으로 가정하는 것이 현명하다.

피로 한계 아래에 있는 설계는 공교롭게도 유익하게 (최대 6개 이상의 계수) 정상 최대 작동 하중에서 구조물의 최종 인장 기능 상실까지 총 안전 계수를 부여한다.그러나 이러한 궁극적인 안전 여유는 목적이 아닙니다. 그 목적은 선박이 의도한 사용 수명 전체에 걸쳐 기본적인 운용 스트레스와 압력을 가함으로써 구조물에 심각한 피로 균열을 일으키지 않아야 한다는 것입니다.최종 하중 조건이 총 고장 한계치에 근접하는 경우는 극소수입니다.피로 우려 없이 선박 강도 요건은 다소 낮아질 수 있다.

재료의 강도를 참조하십시오.

수치 모델링

선박 적재 및 응답에 대한 꽤 정확한 분석을 손으로 개발하거나 스프레드시트와 같은 최소한의 컴퓨터 도움말을 사용하여 개발할 수 있지만, 현대의 CAD 컴퓨터 프로그램은 일반적으로 훨씬 더 상세하고 강력한 구조 컴퓨터 모델을 생성하기 위해 사용됩니다.유한 요소 분석 도구는 부하가 적용될 때의 동작을 상세하게 측정하기 위해 사용됩니다.이러한 프로그램은 인간 엔지니어가 합리적인 시간 내에 수행할 수 있는 것보다 훨씬 더 복잡한 벤딩 및 포인트 부하 계산을 처리할 수 있습니다.

그러나 여전히 선체의 거친 거동을 수동으로 계산할 수 있는 것이 중요합니다.엔지니어들은 컴퓨터 프로그램의 출력을 신뢰하지 않고서는 그 결과가 예상된 규모 안에 있는지 여부를 확인할 수 없다.또한 컴퓨터 ^{[citation needed]}분석을 수행하기에 충분한 구조 정보를 얻을 수 있기 전에 예비 설계를 시작할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 해군 건축
• 조선
• 벌크헤드(파티션)
• 더블 보텀
• 셸 도금
• 비임
• 재료의 강도

외부 링크

• 선박구조위원회

레퍼런스

• Benford, H., Non-Naval Architecture for Naval Architects, 1991년 ISBN0-939773-08-2
• Jensen, J.J., 선박의 하중 및 글로벌 대응, 2001, ISBN 0-08-043953-5
• Lewis ed., 해군 건축 원리: Volume I - Stability and Strength, 1989, ISBN 0-939773-00-7
• Timoshenko, S., 플레이트와 셸 이론, 1959, ISBN 07-064779-8
• Tupper, E., 해군건축개론, 1996, ISBN 0-939773-21-X
• Hirdaris, S.E.; Bai, W.; Dessi, D.; Ergin, A.; Gu, X.; Hermundstad, O.A.; Huijsmans, R.; Iijima, K.; Nielsen, U.D.; Parunov, J.; Fonseca, N.; Papanikolaou, A.; Argyriadis, K.; Incecik, A. (2014). "Loads for use in the design of ships and offshore structures". Ocean Engineering. 78: 131–174. doi:10.1016/j.oceaneng.2013.09.012.