1. 서 론

1.1 연구 배경 및 필요성

현재 국내 어선의 선체 재질인 유리섬유 강화 플라스틱(FRP)은 건조․수리가 편하고, 단가가 낮으며, 부식에 강해 관리가 쉽다. FRP가 외부 충격으로부터 취약하고, 재활용이 어려우며, 폐선 처리 등에 있어 환경 오염을 초래하고 있으며 이에 대한 문제점이 발생되고 있다. FRP의 경우 플라스틱 종류로 화재에 취약하며, 화재가 일어나면 유독가스를 배출한다. 건조부터 폐기까지 환경 오염을 유발하는 문제를 가지고 있다. 건조과정의 그라인딩 작업 시 다량의 유리섬유 가루가 발생하는데, 집진시설을 갖춘 밀폐식 시설에서 건조하는 유럽과 달리 우리나라 조선소의 대부분은 영세하여 집진시설을 갖추지 못하고 있기 때문에 유리섬유 가루가 바다에 유입될 경우 먹이사슬에 의하여 사람의 몸에 축적된다.

폐 FRP 선박의 폐선 시 연안이나 항만에 방치된 폐 FRP 선박의 처리 문제가 기업별, 기관별 반복되고 있는 실정이다. 우리나라 어선은 선체의 재질별 과거 목선에서부터 FRP 까지 유지되어 왔음을 보여주고 있으며 현재 국내 소형어선 시장을 점유하고 있는 FRP 선박에 대한 앞서 언급된 문제점으로 해양환경 오염을 초래 하여 FRP 대체 소재인 알루미늄이 최근 사용되고 있다.

현재 해양수산부는 2006년부터 노후어선 대체사업으로 신조어선 건조 시 환경 오염 우려가 있는 FRP 어선에 대한 지원을 중단하고 알루미늄 합금제 어선에 한하여 건조지원을 일시적으로 지원하였으며 선박검사 기술협회는 2005년부터 해양수산부 수산 특정 연구개발 사업을 주관하여 알루미늄 합금제 연안어선의 보급에 힘쓰고 있으며 한국해양교통 안전공단(KOMSA)에서는 2005년부터 알루미늄 선박에 대한 규정을 제정하여 어선 선박 및 기타선 등에 대한 건조 승인을 수행하고 있다.

어선 선체 선질이 알루미늄인 경우 FRP 대비 내구성과 강도가 높아 외부충격에 강하고 내식성과 FRP 대비 무게가 30% 가볍고 수분 흡수율이 적어 연비 절감에 도움이 되어 해마다 점차적으로 증가 추세를 보이고 있다.

현재 우리나라의 경우 대부분의 10톤 미만급의 알루미늄 어선 선체가 단동선(Mono Hull)의 형태를 가지고 있으며 국내 연구 되어지는 논문의 경우 10톤 미만 알루미늄 카타마란 어선의 실적선이 없어 이에 대한 카타마란(Catamaran Hull) 알루미늄 어선 선박의 구조적 적용에 대한 연구는 아직 이루어지지 않고 있는 실정이다. 최근 낚시 인구의 증가에 따라 어민들의 레저 활동을 겸업으로 하는 어선 건조가 증가되고 있으며, 이에 대한 수요가 점차적으로 증가되고 있다. 카타마란의 경우 동급 톤수 어선 선박에 비하여 갑판 면적을 넓게 활용할 수 있는 장점을 가지고 있으므로 어선에서의 어업활동 및 낚시 활동에 대한 큰 제약을 가지고 있지 않다. 특히 어구나 그물을 보관할 수 있는 면적을 수용할 수 있기 때문에 자망 연안 어선이나 연안 복합어선으로서의 운용에 적합하다고 할 수 있다. 본 논문에서는 알루미늄 합금제 재질 특성에 맞는 연안 소형어선의 건조를 위한 일반적인 선형인 단동선을 사용하지 않고 연안복합어업과 휴어 기에는 낚시 어선으로 활용할 수 있는 9.77톤급 카타마란 알루미늄 연안 어선을 설계하여 이에 대한 방향과 구조적 형상에 대하여 고려해야 할 부분을 제시하였다.

2. 카타마란 알루미늄 설계

2.1 어선설계의 기본조건

설계 시 선주 요구조건은 선박 대상의 주요 제원을 결정 하는데 중요한 역할을 하며 중․소형선박의 경우 선체의 재질이 설계 요소에 큰 영향을 미친다. 특히 알루미늄 선박의 경우 설계 대상 선박의 항해구역을 파악해야 하며, 이는 강도 계산 시 해상파도의 유의파고를 산출 하는데 중요한 역할을 한다.

Table 1의 선주 요구사항의 경우 제한된 선박의 길이, 폭, 깊이에 따라 9.77톤급으로 톤수 계산을 해야 하며 최대한 갑판 면적을 사용하기 위하여 선미 장출 갑판을 3m 이상 요구 하였다. 그리고 선체 내부의 구획(Compartment) 정의에 엔진의 크기, 연료통의 용량 및 의장 기자재 등에 대한 요구사항을 파악하여야 한다.

선주 요구사항 검토 후 Tabe 2의 강도계산을 위한 유의파고를 파악해야 하며 이는 바다날씨를 파악할 수 있는 기후 정보 포털(www.weather.go.kr)을 통하여 산출할 수 있으며 Table 2를 통하여 대상선박의 항해구역인 금오도 인근 해역 지역에서의 최대 유의파고를 확인 할 수 있으며 12개월(1년) 의 최대 평균 유의파고를 산출하여 적용하였다.

2.2 초기 주요제원 설정

본 대상선박은 선주 요구조건에 대한 요구사항(Kim, 2009) 을 충분히 반영하기 위하여 초기 주요제원에 대한 설정이 이루어져야 하며 Table 3의 국내에 등록되어지는 9.77톤급 연안어선의 주요 제원을 살펴보면 등록 길이가 평균 17.00m 이고 최저값이 15.6m, 최고값이 17.4m임을 알 수 있으며 이에 따라 대상 어선의 등록 길이는 17～17.5m을 적용하였다.

실제적으로 어선의 경우 현재까지 건조 되어지는 실적선을 조사한 결과 99%가 어선의 선체 형상이 단동선으로 건조되고 있음을 확인 할 수 있었으며 카타마란 어선의 경우 등록되어 지지 않고 연구 개발 목적의 사업 관련으로 제작되어 실적만 확인할 수 있었다.

9.77톤급 총톤수는 선박 크기를 나타내는 지표이며 선박의 가격을 나타내기도 한다. 어선의 경우 선박의 도면에 대한 “선박 안전법”과 소형선박의 총톤수와 관련하여 한국해 양안전교통공단(KOMSA)에서 규정하고 있는 “선박톤수의 측정에 관한 규칙”에 의거하여 계산(Ministry of Oceans and Fisheries, 2021)하고 있다. 기존에 설계 회사에서 가지고 있는 노하우와 보유된 실적선 등을 바탕으로 초기 제원에 대한 9.77톤 총톤수에 맞추어 대상 선박의 선체 주요 제원과 전체적인 하우스 형태에 대해서 초기 정의를 할 수 있다.

2.3 10톤 미만 소형 어선 설계에 대한 규정 검토

본 연구 대상 선박에 대하여 건조 승인하기 위하여 선박 안전법 시행규칙에 제정된 “해당선박의 검사종류별 관련도 면”을 참고하여 도면 작성 여부에 대한 초기 검토를 할 수 있다. 선주 요구사항을 검토한 결과 선박길이 12미터 이상 24미터 미만에 해당하며 승선 인원 13인 미만에 속하여 본 설계 대상 선박은 복원성 대상에서 제외되며, 일반적으로 9.77톤급 선박의 경우 선체 내부 발전기를 설치 시 합계 용량 50kw이상일 경우 전력조사표가 추가되어 초기 선주 요구사항에 대한 발전기 여부 및 합계 용량에 대한 사항을 파악할 필요가 있다.

본 논문의 대상 선박인 9.77톤급 카타마란 알루미늄 연안 어선의 총톤수 계산(Ministry of Oceans and Fisheries, 2021)은 선체의 형상이 중요한 요소로 작용한다. 실제 카타마란의 연결부위(Cross Deck)의 경우 레저보트나 기타선의 경우 거주 구역과 선체와 이동성 및 용도에 따라 선체의 형상에 영향을 미쳐 연결부위에 대한 톤수 계산을 수행하지만 본 대상 선박의 경우 선체의 연결 부위와 선체 간의 연결 통로가 없으며 어업활동에 대한 활용이 순수하게 데크 상에서 운용하는 선주 요구조건에 따라 연결부위(Cross deck)를 용적 제외면적으로 계산하여 대상선박의 총톤수를 9.77톤으로 계산을 수행 하였다.

2.4 어선 총 톤수에 따른 주요제원

우리나라 해사법령 적용에 있어서 어선 총톤수(Ministry of Oceans and Fisheries, 2017)는 선박의 크기 즉 용적를 나타내는 지표이다. 용적톤수(Capacity tonnage)로서 선체의 3면이 밀폐된 공간의 총용적에서 상갑판(Upper deck)에 있는 추진, 항해, 안전, 위생에 관계되는 공간을 차감한 전체용적을 톤 수로 환산(100입방피트=1톤)한 것이다. 국제총톤수와 구별하여 우리나라의 선박들에 적용하기 위하여 만든 것으로 선박 톤수의 측정에 관한 규칙에 의하여 계산하고 있다.

선박의 총톤수는 선박을 소유하고 있는 선주에게 가장 중요한 설계요소 중에 하나이다. 선박의 톤수는 일반적으로 선박의 크기를 나타내며 선박의 가격요소에 중요한 역할을 하므로 선주 요구사항 시 면밀히 검토해야 한다.

본 대상 선박의 경우 실제 선주가 주요 제원에 대한 톤수를 비교하면 총톤수 약 12톤의 톤수가 계산되나 요구조건에 따라 선체의 형상에 대한 제외 장소을 추정하여 9.77톤의 톤 수를 추정 계산하여 요구조건을 만족시킬 수 있다. 총톤수 계산(Ministry of Oceans and Fisheries, 2017) 시 아래와 같은 주요점을 파악하여 수행하였다.

2.5 총톤수(Gross Tonnage)의 산정 방법

국제 총톤수는 폐위장소의 합계용적에서 제외장소의 합계용적을 뺀값(V)에 다음 산식에 의하여 산정된 계수를 곱하여 얻은 값에 용적톤을 붙인 것으로 하며 제외장소는 당 해 개구의 위치․형태 또는 크기가 선박 톤수측정기준에 해당 하는 장소로 한다. 본 대상 선박에 대하여 연결 부위를 제외 톤수로 설계하여 톤수를 계산할 수 있다.

Table 4의 경우 본 연구 대상선박의 총톤수의 제원을 확인 할 수 있으며 본 선박에 대하여 선체 하부용적은 51.674m³ , 선체 상부의 용적은 15.761m³로 총 67.435m³의 용적을 나타내고 있다. Table 5~8까지 용적 관련 톤수 계산 후 9.77톤의 용적 범위(63.6 ~ 67.6m³ )안에 포함하였으며 톤수가 가지는 형상에 대한 일반배치도를 Fig. 1의 초기 배치를 정의 할 수 있다.

2.6 표준 어선의 총톤수 비교

현재 우리나라의 어선은 2020년 12월 28일부터 표준어선을 별도로 승인을 수행하고 있다. 표준어선은 안전과 복지를 강화한 표준어선형에 관한 기준에 따르며, 본 대상선박과 표준어선을 비교 하였을 시 톤수별 어선 용적에 45%를 넘지 않은 범위 한에서 선원실(Crew`S room)과 갤리(Galley), 화장실(Comfort room)의 용적을 제외 할 수 있는 범위를 가진다. 즉 9.77톤의 총 용적(m<sup>3</sup> ) 67.6 m<sup>3</sup> 의 45% 30.42 m<sup>3</sup> 미만으로 선원실(Crew`S room)과 갤리(Galley), 화장실(Comfort R)의 용적을 산정하여 100%가 넘지 않게 하여 거주구역에 대한 톤수 용적을 제외시킬 수 있다. 그러므로 표준어선으로 등록 시 Wheel House를 제외한 나머지 구역에 대하여 30.42 m³ 만큼 선원실(Crew`S room)과 갤리(Galley), 화장실(Comfort room)을 설치 할 수 있다.

2.7 선체 선형에 대한 배수량 검토

9.77톤급 카타마란 알루미늄 연안어선은 총톤수(Gross tonnage)와 실적선을 통하여 주요제원을 산정하고 이에 대한 Fig. 2의 선형은 일반배치도를 기준으로 하여 맥서프 프로그램(Maxsurf Program)을 통하여 선형을 도출하였다.

Table 9는 9.77톤급 카타마란 알루미늄 연안어선의 주요 제원이며 이는 배수량(Displacement)에 대하여 연구 대상의 선박이 물에 어느 정도 잠길 수 있는지 경하중량(Light weight)과 재화중량(Dead weight)에 대한 계산으로 추정할 수 있는 중요한 요소이다. 초기 대상 선박에 대하여 선박의 중심에서 초기흘수(Initial draft)와 만재흘수(Final draft)를 기준선(Base Line)에서 시작하여 높이 1.200m 까지 흘수(draft) 간격 20개로 나누어 배수량 및 조선공학적 데이터를 계산하여 Fig. 3과 같은 배수량 등곡선도를 통하여 흘수별 배수량을 확인 할 수 있다.

2.8 선체 경하중량 검토

본 대상 선박에 대한 경하중량을 산정하기 위해서는 Table 10과 같이 실제 선각 및 의장 중량을 파악하고 선체에 대한 무게 중심인 길이방향 길이방향중심(L.C.G)과 높이방향 중심(V.C.G)를 파악하여 선체에 대한 초기 경하중량과 재화 중량을 파악할 수 있다.

9.77톤 알루미늄 쌍동선 연안어선에 설치된 의장품에 대하여 Fig. 4에서 확인 할수 있듯이 총 중량 9.110톤이 추가 되었으며 선미 방향으로 1.770m 높이 방향으로 2.172m의 무게중심 변화를 적용할 수 있으며 선체 톤수 17.000톤 무게중심 선미 방향으로 0.600m 높이방향 1.360m을 적용하여 실체 초기 선미 트림에 대하여 실제 자체 시운전을 통한 트림 변화를 비교할 수 있다.

9.77톤 알루미늄 쌍동선 연안어선의 경하중량 26.110ton에 대한 초기 흘수는 약 0.75m로 추측되며 이에 대하여 계산을 수행하였고 일반적으로 단동선 9.77톤 낚시 어선의 경우 일반적으로 만재 배수량이 20톤을 넘지 않으나 본 선박의 경우 선체와 선체의장의 중량(Weight)이 약 27톤이며 쌍동선의 특수한 경우를 고려할 수 있으나 의장품과 기자재의 중량 요소에 대하여 불필요한 설치가 많이 되어있음을 확인할 수 있었다.

2.9 선체 트림 컨디션

9.77톤 알루미늄 쌍동선 연안어선의 배수량과 경하중량을 계산하여 적정 흘수선을 파악을 하고 선체와 의장품에 대한 무게중심에 따라 9.77톤 알루미늄 쌍동선 연안어선의 트림 컨디션에 대한 계산을 수행하였다.

9.77톤 알루미늄 쌍동선 연안어선의 Fig. 5의 흘수 0.752m 에서의 트림 계산 결과 Fig. 6에서 선수(FP)위치에서의 흘수(Draft_FP) : 0.306m, 선미(AP)위치에서의 흘수 (Draft_AP) : 1.031m는 트림 조건에 따른 선수미 흘수 데이터이며 선미 흘수와 선수 흘수를 비교하여 위 그림과 같은 조건이 됨을 확인할 수 있다. 본 선박은 구상선수(Bulb)를 적용하지 않아 계산상 장출갑판 끝단에서 수선까지 0.02m되나 구상선수(Bulb)를 적용하면 약 0.05m정도 예상할 수 있으며 실제 시 운전 시 본선에 적용된 조건과 거의 흡사할 수 있다고 볼 수 있다.

본 대상 선박은 선미 트림이 0.7m로 예상되며 갑판 면적을 넓게 사용하기 위하여 장출갑판이 2.7m 로 길게 돌출되어 있는 형태이다 실제로 장출 갑판과 선미 트림간에 0.127m 의 여유가 있지만 이는 해수 상황 및 조건에 따라 장출갑판이 운항시 해수면에 접촉할 수 있는 가능성을 가지고 있기 때문에 본 대상선박에 선미 부분의 선미 부력통 및 선 측부에 선측부력부를 추가로 설치하여 장출갑판에 대한 해수 간섭을 줄일 수 있는 방안을 가져가야 함을 추측 할 수 있다. 선미 부력부의 경우 총톤수 규정에 의하여 0.5m³ 이하 선측부력부는 선체 용적의 10% 미만으로 설치하여 선미 트림에 대한 문제점을 해결할 수 있다.

2.10 속도 및 유효마력 추정

속도 및 유효마력 추정 시 대상선박에 대한 저항추정은 맥서프 헐스피드(Maxsurf Hull Speed)모듈을 이용하여 산정하 였다. 선체 속도(Hull speed)는 정의된 선형을 헐스피드(Hull Speed)의 프로그램 여러 가지 방법론 중 선형형태 쓰임에 맞는 방법을 채택하여 저항을 측정하는 방법으로 Table 11과 같으며 여기에서 측정된 저항 값을 선박이 요구 선속에서 운항 하는데 필요한 마력인 유효마력을 추정하는데 사용한다.

본 선박의 경우 750마력 2개가 장착되어 운행하는 엔진의 방식이다. 그러므로 엔진효율에 변수를 두어 80%와 100%의 2가지 방법을 고려하여 Table 12와 같이 결과를 도출한다. 해석이론의 방법론적인 채택은 매뉴얼 상에서 정하고 있는 선박의 형식에 맞는 방법으로 비 배수량 이론(Slender body) 방법을 채택하여 측정하였다.

비 배수량(Slenderbody) 이론식을 가지고 해석한 결과 Table 12과 같이 750마력의 엔진을 가지고 80% 효율 시 최소 15 ~ 15.7knot, 100% 효율 시 18~19.5 knot의 속도까지 올릴 수 있음을 가정할 수 있다. 본 대상선박의 경우 선주의 요구속도가 20 knot이지만 선체의 길이, 폭에 대하여 기존 선박 대비 매우 큰 크기로 요구 되어지는 사양이며 선박 속도가 20knot사양을 충족 시키려면 약 1,000마력의 엔진이 필요함을 확인할 수 있다.

3. 알루미늄 카타마란 구조설계

3.1 알루미늄 카타마란 부재 결정

알루미늄 구조기준(Korea maritime transportation safety authority, 2015)을 바탕으로 판의 두께를 산정하였으며 선박의 길이가 50m 미만이고 L/D가 12 미만인 선박은 국부강도 만족 시 종 굽힘, 전단 및 축 하중은 만족하는 것으로 인정하여 종강도 계산을 생략할 수 있으나 본 연구 대상 선박의 경우 L/D가 12.18이므로 Table 13~15의 판 두께 및 보강재 치수를 결정하여 추가로 종강도 계산을 수행하였으며, Fig. 7, Fig. 8의 구조도면을 작성하였다.

3.2 쌍동 연결구조의 횡강도 검토

쌍동선체의 연결구조는 알루미늄 설계하중 및 모멘트에 대하여 충분한 횡 강도(Korea maritime transportation safety authority, 2015)를 가져야 한다. 연결구조의 종 방향 단면 2차 모멘트 및 단면계수를 계산하는 경우 횡강도 부재의 유효 단면적은 개구부를 제외한 유효한 면재를 포함한 순수한 면적을 말하며 횡강도 부재의 유효 면적은 개구부를 제외한 순수 웨브 단면적으로 계산하였다. 쌍동선 연결구조의 하중을 적용하여 쌍동선체의 강도를 검토할 경우 허용응력은 다음을 따르며 직응력은 σ_act값이 σ_req값보다 작은 값이 나오면 만족 하며 평균 전단응력은 τ_req 값이 τ_act 값보다 작은 값이 나오면 Table 16과 같이 만족을 한다.

3.3 쌍동 연결구조의 종강도 검토

한국해양안전교통공단의 알루미늄 구조기준의 경우 선체 횡단면계수의 산출 방법은 강선구조기준을 따르도록 규정되어 있다 본 대상선박의 선체 횡단면계수와 선체 횡단면 최소 단면 2차모멘트는 외판과 부재들의 종강도 계산을 통해 Table 17과 같이 만족함을 확인할 수 있다.

4. 9.77톤급 알루미늄 카타마란 연안어선 구조강도해석

4.1 해석의 개요

본 해석은 경량소재인 AL 5083 H321 소재를 사용하여 제작하고자 하는 9.77톤급 알루미늄 쌍동선 어선에 대한 전선 구조안전성 평가에 관한 것으로써, 사용되는 프로그램은 범용 구조해석 프로그램인 나스트란 이용하여 선박이 운항 중 받는 하중에 의해 선박의 구조적 안전성 검증을 하고자 전선 구조해석을 수행하였다. 더욱 상세하게는 선박이 운항 중 발생하는 슬래밍 하중으로 인해 선체를 구성하고 있는 외판과 구조 부재들간에 발생되는 구조응력을 분석하고 도출되는 구조 취약부를 해결함으로써, 구조안전성을 평가하고자 한다. 따라서, 선박 운항 시 인가되는 슬래밍 하중에 대해서 해석조건을 수립하여 다양한 해상 운항환경에 대한 구조해석을 Fig. 9와 같은 절차로 수행하였다.

4.2 구조해석에 대한 방법

9.77톤급 알루미늄 쌍동선 어선을 구성하고 있는 선체와 구조 부재들의 경우 최소 6mm에서 10mm까지 다양한 판재 들이 적용되어 Table 18과 같은 형상 정보를 포함하고 있다. 9.77톤급 알루미늄 쌍동선 어선의 외판 및 보강재등의 기계적 물성치는 아래의 표에 확인 할 수 있으며 운항조건환경에서의 Table 19와 같이 AL5083 H321의 항복강도는 230MPa 이므로 해석 결과에서 발생한 응력을 항복강도에 대한 비율로 비교하여 구조적 안전성 결과를 확인 할 수 있다.

4.3 격자 생성 및 모델링 이상화

유한요소해석에서의 격자는 CAD 모델을 절점(Node)과 요소(Element)로 구성한 해석모델이며, 각각의 Element는 해석하는 물리계의 방정식을 구성하는 매개체 역할을 하게 되므로, 해석 환경에 따라 요구되는 요소들을 설정해야 하며 균일한 격자 생성은 보다 정확한 해석 결과를 얻는데 매우 중요한 과정이며, 생성된 격자 품질이 불량하게 될 경우 부정 확한 결과가 도출되기 때문에 양질의 격자를 생성하는 과정이 요구된다. 해석대상인 9.77톤급 알루미늄 쌍동선 어선은 판구조로 이루어져 있기 때문에 2D Shell요소를 이용하여 모델링을 수행 하였으며, 해석적 검토는 선박의 외판과 부재의 안전성을 주안점으로 두고 해석결과에 이상값을 도출할 수 있는 파트는 제외시켰다.

Fig. 10에서와 같이 해석의 정확도를 향상시키기 위해 96% 이상을 Quad 요소를 사용하여 모델링을 수행하였으며, 기존 형상을 유지하기 위해 일부 Tria요소를 사용하여 Table 20과 같은 최종 구조해석 모델링을 완성하였다.

4.4 하중조건 및 경계조건 수립

일반적으로 선박 구조해석의 경우 물위에 있는 것을 가정하게 되면 어느 한곳도 구속할 수 없기 때문에 실제 운항환 경과 가장 유사한 해석환경을 구현하기 위한 강체거동제거 (Inertia Relief) 기능을 적용하며 9.77톤급 알루미늄 쌍동선 어선 구조해석을 위한 하중은 제3장에서 9.77톤급 알루미늄 카타마란 어선의 설계하중을 계산(Ko, 2006)하였으며 알루미늄 선의 구조기준 규정에 의거 슬래밍 하중을 산정하였다. 본 대상 선박은 Fig. 11과 같이 작용하는 선저 슬래밍 압력, 쌍동선 연결구조의 슬래밍 압력, 해수압력 등은 Table 21에 따라 표에 정리하여 적용하였다(Shin et al., 2006).

위와 같은 계산식을 통해 산출된 선저슬래밍 하중, 연결구 조의 슬래밍하중, 해수압력은 A.P에서 FP까지 최대값 0.8L위 치에서 52.3KN/m², 0.7L~0.9L까지 62.2KN/m², F.P위치에서 13.0KN/m²으로 계산 되었으며 Fig. 11과 같이 슬래밍 하중 조건으로 생성된 선체에 적용하여 구조해석을 수행하였다.

4.5 구조해석 결과

9.77톤급 알루미늄 카타마란 어선에 대한 안전성을 확인하기 위하여 해석조건에 따른 구조적 안전성을 검토(Oh et al., 2009)하였으며 Table 22에서 해석 결과를 Fig. 12, Fig. 13에서 확인하였으며 카타마란의 선수부 하부 외판에서 22.9mm로 가장 높은 최대 변형이 Fig. 14와 같이 확인되었으며(Fig. 14) 최대 응력은 Fig. 15와 같이 선미부 상부부 외판에서 118.4MPa 의 해석결과 값이 확인되었다(Fig. 15). 연결부위에서는 연결 부 후미하부에서 Table 23에서 결과를 확인할 수 있으며 Fig. 16에서와 같이 변형 8.32mm(Fig. 16), Fig. 17에서와 같이 최대 응력 50.6Mpa 이 되출된 것을 확인 할 수 있다(Fig. 17). 전체적인 해석결과 알루미늄 부재의 항복강도인 230MPa에 비해 51.5%(허용율 1.9) 수준의 최대 응력이 나타났음을 확인 할 수 있다.

안전율이 1 이상으로 산출될 경우 탄성영역 내에서 최대 변형이 발생되더라도 원래상태로 되돌아오기 때문에 9.77톤 급 알루미늄 카타마란 어선 운항에 대한 구조적 안전성을 확보함을 알 수 있다.

4.5.1 연결부위에 대한 결과

4.5.2 최대 변형 및 응력의 위치

4.5.3 변형 및 응력 해석 결과

5. 결 론

본 논문은 국내 어선의 재질이 FRP에서 알루미늄으로 선체 재질이 변화되고 있으며 알루미늄 재질의 연안어선의 건조가 이루어지고 있다. 어선의 경우 항해와 레저활동이 주 목적이 아니기 때문에 실제 어업활동에 주목적을 가지고 있으며 이에 따라 선체 구조에 대한 안전성의 필요가 선행 되어야 한다. 또한 단동선에서 어업 활동에 대한 갑판 면적의 활용도가 매우 크므로 단동선에서 쌍동선 선형으로 10톤 미만 알루미늄 연안어선을 설계하였으며 이에 대한 구조강도 평가에 대한 규정과 연구의 실적이 저조하여 강도적인 측면에서 검토가 필요하다. 따라서 이 논문에서는 국내 9.77 톤급 연안어선의 알루미늄 쌍동선으로 설계 시 선박 안전법의 톤수 규정과 한국안전교통공단의 알루미늄 구조기준을 검토 및 적용하여 쌍동선 선형에서의 기본 설계에 대한 방법을 제시 하였으며 운항 시 다양한 설계 하중을 반영하고, 전선 모델에 대한 구조강도 평가를 수행하여 구조적 안전성 평가 기준방법을 제시하고자 한다.