International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제10권2호
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pp.180-187
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2018
Corrugated bulkhead has been adopted for cargo tank bulkheads of commercial vessels such as bulk carriers, product oil carriers and chemical tankers. It is considered that corrugated bulkhead is a preferred structural solution, compared to the flat stiffened bulkhead, due to several advantages such as lower mass, easier maintenance and smaller corrosion problems. Many researches to find the optimum shape of corrugated bulkhead have been mostly carried out for bulk carriers. Compared to corrugated bulkheads of bulk carriers, ones of chemical tankers are more complicated since they are composed of transverse and longitudinal bulkheads, and they are made of higher priced materials. The purpose of this study is the development of minimum weight design method for corrugated bulkhead of chemical tankers. Evolution strategy is applied as an optimization technique. It has been verified from many researches that evolution strategy searches global optimum point prominently by using multi-individual searching technique. Multi-individual searching methods need excessive time if they connect to 3-D finite element model for repetitive structural analyses. In order to resolve this issue, 2-D beam element connected to deck and lower stool is substituted for a corrugated structure in this study. To verify the reliability of the structural responses by idealized 2-D beam model, they have been compared with ones by 3-D finite element model. In this study, optimum design for corrugated bulkhead of 30 K chemical tanker has been carried out, and the results by developed optimum design program have been compared with design data of existing ship. It is found out that optimum design is about 9% lighter than one of existing ship.
Design of the corrugated watertight bulkhead for a bulk carrier is principally determined by the permissible limit of Classification requirements. As the weight of upper and lower stool has considerable portion of the total weight of the transverse bulkhead, optimum design including the stool geometry and size will play an important role on economic shipbuilding. The purpose of this study is focused on the minimization of steel weight using the design variables, which are the shape and the size of the corrugation as well as the upper and lower stools. Discrete variables are used as design variables for the practical design. In this study, the evolution strategies (ES), which can highly improve the possibility of leaching the global minimum point, are selected as an optimization method. Usefulness of this study is verified by comparison with the proven type ship design. As objective function, total weight of the transverse bulkhead including the upper and lower stools is used.
In this paper, merits and demerits of Nelder and Mead Penalty Function Method(SUMTNM) and Flexible Tolerance Method(FTM) are investigated from the standpoint of generality, accuracy and efficiency. SUMTNM is combined with Nelder and Method and SUMT, but FTM improves the values of the objective function by using information provided by feasible points as well as certain nonfeasible points termed near-feasible points. Therefore, FTM uses more information than SUMTNM for minimizing object function. The structural analysis of a vertically corrugated bulkhead is performed by collapse mechanism and plate buckling analysis. Based on the results of this analysis, minimum structural weight design of a corrugated bulkhead by use of above two optimization techniques is carried out by investigating the effects of sizes of bulkhead on the structural weight.
Corrugated bulkheads for a bulk carrier are divided into watertight bulkheads and deep tank bulkheads. Design of the watertight bulkheads is principally determined by the permissible limit of Classification and IACS requirements. But, the verification of strength through finite element analysis is indispensable for design of the deep tank bulkheads. A stage for stress evaluation of corrugated part is required for optimum structural design of the deep tank bulkheads. Since the finite element analysis for real model requires excessive amount of calculation time, in this study one corrugated structure is replaced with beam element and is idealized as 2 dimensional frame structure connected to upper and lower stool Minimum weight design of the deep tank bulkheads is performed through generalized sloped deflection method(GSDM) as direct calculation method. The purpose of this study is the development of design system for the minimization of steel weight of deep tank bulkheads as well as watertight bulkheads. Discrete variables are used as design variables for the practical design. Evolution strategies(ES) is used as an optimization technique.
최근 산적화물선의 빈번한 침몰사고 발생과 함께 산적화물선의 구조안전성 확보문제가 관심의 대상이 되고 있으며, IMO, 각국 선급협회를 중심으로 구조강도 강화작업이 진행되고 있다. 특히 IMO에서는 산적화물선 침몰사고의 주요 원인중의 하나로 지적되어 온 침수시 파형 횡격벽의 붕괴문제를 방지하기 위해 신조선박뿐만 아니라 기존선박에 대해서도 파형 횡격벽을 보강하도록 하는 규정의 제정을 서두르고 있다. 이 문제와 관련하여 보다 근본적으로는 파형 횡격벽의 최종붕괴 강도 평가방법이 확립되어 있지 않은 문제점이 있다. 본 연구에서는 탄소성 대변형 유한요소 해석기법을 적용하여 파형 횡격벽의 붕괴강도를 계산하기 위한 전용 프로그램을 개발하였으며, 구조모형실험 결과와의 비교를 통하여 개발한 프로그램의 정도와 유용성을 검증하였다.
CSR(Common Structure Rules) enter into force on $1^{st}$ April 2006. Generally for double hull tankers of less than 150m in length, the Rules of the individual Classification Society are to be applied. Where high tensile stresses act through an intermediate plate, increased fillet welds or penetration welds are to be used longitudinal/transverse bulkhead primary support member end connections to the double bottom. If workers have begun to make used of established procedures between corrugated BHD and lower stool joint, first to welding on groove of face and then it has to gouging to blow on groove of root. So amount of man-hour increased, productivity secreased.
For a Product Oil Carrier, longitudinal bulkhead as well as transverse 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 and transverse bulkheads, they have a uniform height respectively. The purpose of this study is 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 for longitudinal and transverse corrugated bulkheads are established and they are applied to the structural analysis. For the practical design, the selection and the position of an additional pipe trunk are considered in this study. In addition the required minimum distance between the 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 optimization technique.
The membrane of the LNG carriers consists of thin strips of INVAR(Fe-36%Ni) steel plates, and the junction between INVAR strips is fabricated by welding. Thousands of the raised edge joints, regularly spaced, are located around all the side of the tank corner near the transverse bulkhead, and TIG welding is manually made on the top of the raised edges. Since the thickness of all the laminated edge plies is extremely thin and the weld position is under a bad accessibility, highly skilled workers are required to perform welding relatively for a long welding time. An alternative scheme for the corner membrane fabrication is proposed in the study to improve the installation workability and thus productivity. The scheme replaces the welded edges with the preformed corrugation ones. A panel strip with regularly-spaced corrugations is installed at the corner instead of the individual flat strip of which edge is vertically raised to be welded with the adjacent strip. In the study, a series of the evaluation on the corrugated edge members was performed to assess the applicability to the real LNG carrier fabrication. Opening displacement at the raised edge was experimentally examined. Elastic stiffness regressed from the displacement was nearly same in both edge types. Edge displacement and local stresses were calculated under hydrostatic pressure and temperature change due to liquefied cargo. Fatigue test was performed on both corrugated and welded edge specimens consisting of two or five plies of invar strips. Fatigue strength of the corrugated specimens was not less than that of the welded specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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