Sang-Hoon Shin

Effects of Propeller Forces on the Propeller Shaft Bearing during Going Straight and Turning of Ship

In the beginning of the 1990s, numerous shaft bearing damages, especially in aft stern tube bearing, were reported. The main reasons of bearing damages were estimated that hull deflections have been increased by more flexible hulls and propeller dynamic loads have not been considered in shaft alignment. After that time, studies to take into account hull deflections in shaft alignment have been actively carried out, but for the latter leave much to be desired. In this study, the effects of the propeller forces on the propeller shaft bearing have been investigated by estimating thrust eccentricity as reasonable as possible although some assumptions to simulate turning of ship were introduced. Three dimensional nominal wake to estimate thrust eccentricity have been calculated by using CFD analysis and model test in the towing tank. This study presents the procedure to estimate the propeller eccentric forces and their influence on the stern tube bearing for a container carrier. As a result, it has been found that the lateral propeller forces in turning condition should be considered in shaft alignment to prevent shaft bearing damages.

Development of the Weight Reduction Program for Corrugated Bulkheads of a Product Oil Carrier

AbstractFor a Product Oil Carrier, longitudinal bulkhead as well as tra nsverse one is corrugated shape in general and intersection part of bulkheads is utilized for a pipe trunk. Since lower and upper stools are to be connected with all of longitudinal a nd transverse bulkheads, they have a uniform height respectively. The purpose of this study i s the development of design system for the minimization of total weight of longitudinal and transverse bulkheads at the initial design stage. In this study, the beam element models fo r longitudinal and transverse corrugated bulkheads are established and they are applied to th e structural analysis. For the practical design, the selection and the position of an addition al pipe trunk are considered in this study. In addition the required minimum distance between t he bracket installed along the web of corrugation at lower stool and the diaphragm is taken into consideration during optimization process. Evolution strategy(ES) is adopted as an o ptimization technique.

A Study on Simplified Analysis for the Initial Tank Design of Spherical Type LNG Carriers

Spherical type(구형) LNG 운반선의 구형 탱크는 IMO 가스코 드(IGC)에서 독립형 탱크 Type B 방식으로 분류된다. 구형 탱크의 형상은 기하학적으로 가장 안전한 내압력 용기이며 선체와 탱크가 분리되어 있어 충돌이나 좌초 시 가장 안전한 구조 이다. Choe, et al. (2001)은 LNG 운반선의 충돌 강도 비교 연구를 통해 구형 LNG 운반선이 멤브레인형 LNG 운반선에 비해 더 많은 충돌에너지를 흡수할 수 있다고 발표한 바도 있다. 또한 화물창에 대한 슬로싱 문제가 없어 파이프 타워 해석에서만 부분적재(partial filling)에 대한 슬로싱 해석을 수행하면 된다 (Noh, 2005). 탱크 내 에는 보강재가 없어 균열(crack) 발생을 최소화 할 수 있는 등 많은 장점을 갖고 있으나, 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있다. 가격이 비싸기 때문에 초기 견적 시 정도 높은 물량 계산이 필 수적이다. 하지만, 매번 유한요소해석을 통한 구조해석을 수행하 기에는 많은 시간과 노력이 소요되므로 정도 높은 간이해석법을 정립할 필요가 있다. 구형 탱크의 구조강도 관련 연구는 피로강도 (Nho, et al., 1993), 균열진전 (Nho, et al., 1993), 열 및 저온 (Kim, et al., 1993; Lee, et al., 1998; Nam, et al., 1993) 등의 연구가 비교적 활발히 수행되어 왔으나, 탱크의 초기 설계 및 물량 산출과 관련된 연구는 미진한 편이다. 구형 탱크의 초기 설계를 위한 연구 (Kim, 2000)가 수행된 바 있으나, 하중 조건이 모두 고려되지 못하였고, 유한요소해석으로 수행된 경계조건도 실제 조건과 많이 다르며, 해석 결과와 설계 제작 모델과의 두께 차가 크게 나타났다. 구의 형상은 이론적인 해를 구하기가 용이한 특징이 있어 실 제 구조해석 결과와 차이가 적을 것이라고 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 이론적인 접근 방법을 기반으로 DNV와 LR 등의 선급 자료를 참고하여 간이해석법 정립을 시도하였다. 또한, 실 제 구조해석에서 적용하는 정적 하중 및 동적 하중을 모두 처리 할 수 있도록 구성한 것이 특징이며, 정립된 해석법의 결과를 실적선 구형 탱크의 두께 및 중량과 비교하여 그 유용성을 검증 하였다.

Development of the Container Securing Program for Large Container Carriers

컨테이너 운반선 상갑판에 컨테이너 화물을 적재할 때 실을 수 있는 중량과 그 중량에 대한 분배 방안은 구속 장치 및 관계 구조 의 허용하중을 규정하는 각 선급의 가이드라인을 따라야 한다. 가이드라인은 적재된 컨테이너 화물 중량에 따라 반력 계산 및 반 력의 한계값을 제시하고 있으나, 이러한 정보만으로는 컨테이너 배치 설계에 큰 어려움이 따른다. 실제 컨테이너 운반선은 컨테이 너 래싱 브리지(lashing bridge)가 존재하여 상갑판에서 래싱할 경 우와 래싱 브리지에 래싱할 경우를 모두 고려하여야 한다. 또한, 선체의 폭 방향 양 끝은 풍력(wind force)에 의해 양력(lifting force)이 증대되어 이를 줄여주기 위해 수직 래싱(vertical lashing) 장치를 사용하는데 이러한 경우의 계산도 수행하여야 한다. 여러 단(tier)의 컨테이너가 쌓여 있는 하나의 단위를 stack이 라 하는데, 한 stack에 실을 수 있는 최대의 중량 및 배치를 계산 할 수 있어야 하며, 주어진 중량에 최대 수직 중량 중심(vertical center of gravity, VCG)을 갖는 배치안을 계산하여 선주에게 제 공해 주어야 한다. 그 이유는 각 stack의 VCG는 낮을 수록 안정 성(stability) 측면에서 유리하지만, 최대한 많은 양을 쌓으려면 VCG가 높아질 수 밖에 없다. 따라서, 선급의 제한조건을 위배하 지 않은 범위에서 가장 많은 화물을 적재할 수 있도록 허용 가능 한 VCG를 제시하여 재배치에 기준이 될 수 있도록 한다. 이러한 이유로 선주 역시 각 선급 규정이 허용하는 한 VCG를 최대한 높 여 배치시킨 배치안을 요구하고 있다. 이러한 계산을 수행하기 위해 2002년 Shin and Choe (2002) 는 ABS, DNV, GL, LR 선급에 적용할 수 있는 평형방정식을 정 립하여 작용하중 및 반력을 계산할 수 있는 프로그램을 개발하였 다. 이 프로그램은 2X2 행렬의 평형방정식으로 계산할 수 있는 임의의 컨테이너 배치에 대하여 선급 제한조건을 위배하는지 여 부를 알 수 있었으나, 최적 배치를 자동적으로 계산할 수는 없었 다. 자동 최적 배치 계산을 위해 Shin (2003)은 최적 배치 알고리 즘을 추가하여 프로그램의 성능을 향상시켰다. 전체 최적점을 탐 색하는데 탁월한 유전자 알고리즘 (Yang, et al., 1994)이나 진화 전략 (Shin & Nam, 2003) 등 기존의 최적화 기법은 등식 제한조 건(equality constraint)에 적합하지 않아 등식 제한조건을 처리할 수 있는 최적화 알고리즘을 고안한 것이 특징이다. 하지만, 2X2 행렬의 평형방정식으로 계산할 수 있는 경우에만 적용할 수 있도 록 구성되어 컨테이너 운반선이 대형화 되면서 사용상에 많은 제 한이 발생하였고, 외부 래싱(external lashing)의 경우 또한 고려 pISSN:1225-1143, Vol. 51, No. 5, pp. 362-368, October 2014

Dynamic Pressure Distribution due to Horizontal Acceleration in Spherical LNG Tank with Cylindrical Central Part

Spherical LNG tanks having many advantages such as structural safety are used as a cargo containment system of LNG carriers. However, it is practically difficult to fabricate perfectly spherical tanks of different sizes in the yard. The most effective method of manufacturing LNG tanks of various capacities is to insert a cylindrical part at the center of existing spherical tanks. While a simplified high-precision analysis method for the initial design of the spherical tanks has been developed for both static and dynamic loads, in the case of spherical tanks with a cylindrical central part, the analysis method available only considers static loads. The purpose of the present study is to derive the dynamic pressure distribution due to horizontal acceleration, which is essential for developing an analysis method that considers dynamic loads as well.

A Study on the Optimum Design of Corrugated Bulkhead for Product Carrier

For a product carrier, in general, longitudinal bulkhead as well as transverse bulkhead is corrugated type and the intersection part of bulkheads is utilized for a pipe trunk. Since lower and upper stools are to be connected with all of longitudinal and transverse bulkheads, they have a uniform height respectively. The purpose of this study is the development of design technique for the minimization of total weight of longitudinal and transverse bulkheads at the initial design stage. In this study, optimum design of corrugated bulkhead for product carrier was conducted by applying evolution strategy method (ESM) as an optimization method and beam elements based on generalized slope deflection method (GSDM) in structural analysis. Furthermore, the installations of pipe trunks and the interference of stool diaphragms and brackets were considered to conform to the actual ship design. The optimization results are compared with the existing 70K product carrier designed in accordance with the DNV classification requirements and showed about 3% reduction in weight.

A Study on Minimum Weight Design of Horizontal Corrugated Bulkheads for Chemical Tankers

Corrugated bulkheads have many advantages compared to stiffened bulkheads, and they have thus been used for the cargo tank bulkheads of commercial vessels, such as bulk carriers, product oil carriers, and chemical tankers. Various studies have been carried out to find the optimum corrugation shape for bulk carriers, but optimum design studies for chemical tankers with bulkheads made of high-priced materials are scarce. The purpose of this study is to develop a minimum weight design method for horizontal corrugated bulkheads for a chemical tanker. An evolution strategy (ES) that searches for a reliable global optimum point was applied as an optimization technique, and the structural safety of the optimum design was verified through structural analysis using the finite element method (FEM). The results were compared with those of an existing ship, which showed a weight reduction of about 14% with equivalent structural strength.

A Feasibility Study on the Application of Stern Tube Unit for the Twin Skeg LNG Carrier

선미관(stern tube)은 프로펠러 축이 선체를 관통하는 곳에 장 착되는 장비로, 선내로 해수가 침입하는 것을 막는 동시에 프로 펠러 축을 지지하는 역할을 수행한다. 프로펠러로 회전을 전달하 면서 축을 지지하는 역할을 동시에 수행하기 위해서 선미관 베어 링이 선미관의 전방과 후방에 강제 압입된 구조를 가진다 (Cho, et al., 2010). 선미관 시공은 조립장, 선행탑재장, 선대, 도크 등 현장 작업 으로만 진행되어 공정관리가 어려울 뿐만 아니라 작업시간이 많 이 소요되는 작업이다. 무거운 가공장비들의 현장 설치 또는 해 체로 공정 진행상 대기 또는 중복된 공정에 의한 손실과 품질의 문제를 발생시키는 요인이 되어왔다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 선미관 베어링의 경사 (Choung & Choe, 2007)를 미리 맞추어 놓고 부시와 관련 의장 품을 일체화시킴으로써 기존 공법의 복잡한 과정과 공정상에 따 르는 손실을 줄일 수 있으며 이를 통하여 생산성 향상 및 원가절 감을 이룰 수 있는 선미관 유닛(stern tube unit) 제품이 등장하 였다. 이는 Fig. 1과 같은 형태의 제품으로 전문 공장에서 전용 가공기로 정밀제작 하므로 품질이 보장되며, 현장시공을 최소화하 여 공기단축으로 인한 도크 회전율이 향상 된다는 장점이 있다. 선미관 유닛을 선박에 장착하기 위해서는 이를 국부적으로 지 지하는 레진(resin)에 균열이 발생하지 않도록 선박의 운항 시 지 나친 선미변형을 일으키는지 검토하여야 한다. 현재 대형 컨테이 너 운반선 등 일부 상선에서는 선미관 유닛이 기 적용되고 있다. 대형 컨테이너 운반선보다 수직 방향 선체 변형이 작고 선미 관 베어링 반력이 작음에도 불구하고 쌍축 LNG 운반선에는 선미 관 유닛을 적용하지 않고 있다. 그 이유는 쌍축 LNG 운반선 프 로펠러 주위의 선미 형상이 세장(slenderness) 성향이 강한 형태 로 제작되어 선박의 선회 시 프로펠러의 수평 방향 하중으로 인 해 큰 변형이 발생할 우려가 있기 때문이다. 같은 길이, 같은 재 질의 외팔보에서 끝단에 가해지는 하중이 20% 작은 쪽이 단면이 차모멘트가 30% 작다면 보의 끝단 처짐이 오히려 약 14% 증가 하는 경우와 같이 수평 방향 하중이 컨테이너 운반선에 비해 작 게 발생한다 하더라도 변형의 크기는 더 클 수도 있다는 우려를 배제할 수 없기 때문이다. 쌍축 LNG 운반선에 대한 선미관 유닛 적용 가능성

Development of an Automated Design Algorithm for the Longitudinal Members of Oil Tankers based on H-CSR

국제해사기구(IMO)는 국제사회의 온실가스 저감 노력에 부응 하여 선박의 탄소가스 규제를 논의하고 있다. 이는 지구환경변화 를 막기 위한 온실가스 규제에서 비롯되었으나 해운산업에 있어 서는 고연비화 경쟁을 촉발하는 원인이 되고 있다. 고연비 선박의 개발을 위해 저항성능이 좋은 선형, 효율이 좋 은 엔진뿐만 아니라 최적구획배치 및 구조설계를 통한 구조 경량 화 연계의 필요성이 점증되고 있다. 기존의 선체 구조 설계에 이용될 수 있는 최적 설계 기법에 대 한 연구 (Na, 2005; Shin, et al., 2006; Jo, 2010)는 꾸준히 진 행되어왔으며, 전통적인 구조해석법을 기반으로 한 중앙 횡단면 의 최소 중량 설계 및 건조비 설계 등을 기본 설계에 응용해 왔 다. 이러한 최적 구조설계 기법은 설계의 흐름상 확정된 구획배 H-CSR 기반 유조선 종강도 부재의 설계 자동화 알고리즘 개발 박찬임 .정솔1,† .송하철2 .나승수2 .박민철1 .신상훈3 .이정렬4 국립목포대학교 대학원 조선해양공학과 국립목포대학교 조선해양공학과 현대중공업 선박연구소 (사)한국선급 IT융합연구팀

A Study on Evaluation Method of Member Forces on the Propulsion Shaft of Ship for Damage Protection of Clutch

The purpose of this study is to establish the proper evaluation method of member forces on the propulsion shaft using strain gages to confirm bearing offset. The strain measurements to find out the bending moments of the shaft have been performed in the yard to be compared with the results of the shaft alignment ana lysis. The clutch of the propulsion shaft is highly sensitive to shear forces as well as bending moments and the necessity of the measurement of shear forces on the shaft for normal operation of the clutch is recently on the rise. In this study, an evaluation method of the member forces (bending moments and shear forces) of the shaft clutch based on the shaft strain measurement is established. Through the application of this method to the eight 216,000 m 3 LNG carriers, the safeties of the clutch systems are evaluated and the better bearing offsets are deduced for the LNG carriers. After adjusting the bearing offsets, all the sea trials of the eight LNG carriers are successfully carried out without any troubles.