The Shock and Fracture Analysis of Ship Structure Subject to Underwater Shock Loading

수중충격하중을 받는 선체구조의 충격 및 파손 해석

The shock fracture analysis for the structures of navy vessels subject to underwater explosions or of high speed vessels frequently subject to impact loads has been carried out in two steps such as the global or macro analysis and the fine or micro analysis. In the macro analysis, Doubly Asymptotic Approximation(DAA) has been applied. The three main failure modes of structure members subject to strong shock loading are late time fracture mode such as plastic large deformation mainly due to dynamic plastic buckling, and the early time fracture mode such as tensile tearing failure or transverse shear failure. In this paper, the tensile tearing failure mode is numerically analyzed for the micro analysis by calculating the dynamic stress intensity factor $K_I(t)$, which shows the relation between stress wave and crack propagation on the longitudinal stiffener of the model. Especially, in calculating this factor, the numerical caustic method developed from shadow optical method of caustic well known as experimental method is used. The fully submerged vessel is adopted for the macro analysis at first, of which the longitudinal stiffener, subject to early shock pressure time history calculated in macro analysis, is adopted for the micro analysis.

수중폭발을 받게 되는 해군 함정이나 충격하중을 받게 되는 초고속선의 구조에 대한 내충격 파손해석을 거시해석(global or macro analysis)과 미시해석(fine or micro analysis)의 두 단계로 나누어 수행하였다. 거시해석은 이중근사기법(DAA : Doubly Asymptotic Approximation)을 이용하였다. 심한 충격하중을 받는 구조는 주로 세 가지 파괴모드를 나타내는데 이는 충격후기에 주로 나타나는 동소성좌굴(Dynamic plastic buckling)에 기인하는 소성대변형과 충격초기에 주로 나타나는 인장 파괴(Tensile tearing failure)와 횡전단파괴(Transverse shear failure)가 있다. 본 논문의 미시해석에서는 잠수구조의 종보강재에 충격압력이 가해진 경우에 대하여 응력파(stress wave)의 파급과 이 응력파와 균열과의 상호작용에 의한 동적응력강도계수 $K_I(t)$의 계산함으로써 인장 파괴모드(Tensile tearing failure mode)해석을 수행하였다. 특히, 동적응력강도계수 $K_I(t)$의 계산에 있어서 실험적 방법으로 널리 사용되는 shadow optical method of caustic로부터 개발된 numerical caustic method를 사용하였다. 본 논문의 충격파손해석 수치 예로서 해석모델을 완전잠수주상체로 잡고 거시해석을 수행한 후 이로부터 구한 충격압력을 입력자료로 하여 종보강재에 대하여 미시해석을 수행하였다.