파도의 영향을 고려한 부유구조물 배관 시스템의 피로수명 평가방법

Abstract

본 연구는 설계단계에서 수명기간의 예측과 구조의 수명에 대한 경제적인 효율성을 위해 해양 부유 구조물의 배관 시스템의 피로수명 평가방법을 제안하는데 목적이 있다. 해양 부유 구조물의 process piping system이 가동 동안에 받는 열 하중과 파도와 같은 외부적인 하중을 조사하고 배관 시스템에 발생할 수 있는 하중들을 조합하여 적용한다. 그리고 조합된 하중이 적용된 모델을 이용하여 응력해석을 진행한다. 응력범위(stress range)의 와이블 분포(Weibull distribution)와 관련된 LCF(low cycle fatigue)의 손상을 구하고, HCF(high cycle fatigue)의 손상을 마이너 법칙(Miner's rule)을 통해서 구한다. 와이블 분포(Weibull distribution)에 의해 표현되는 장기응력분포(long term stress distribution)와 확률밀도함수(probability density function)를 이용한다. 그리고 수정계수(correction factor)와 피로 손상(fatigue damage)을 적용하여 평가를 위한 허용응력범위(allowable fatigue stress range)를 계산한다. 제안한 방법을 통해서 파도의 영향(wave effect)을 받는 부유 구조물의 process piping system에 적용하여 해석을 수행하였다. 파도의 영향에 의해 발생된 구조물의 변위와 가속도를 실험 모델에 적용했을 때 피로응력범위(fatigue stress range)가 26% 정도 높게 산출되는 것을 확인하였다. 따라서, 향후에는 본 연구에서 제안한 파도의 영향 적용 방법과 허용응력범위 계산 방법이 배관시스템의 피로수명 평가를 위한 자료로 사용되기를 기대한다.