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복합형상을 갖는 선체외판의 곡면특성 분석과 성형공정에 응용 : Analysis of Surfaces with Complex Configurations and its Applications to Piece Forming Process

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Authors

김찬석

Advisor
신종계
Major
공과대학 산업·조선공학부
Issue Date
2016-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
선체외판 가공선체외판 가공 공정 분류냉간 굽힘 가공완성도 평가미분기하학상징 연산다변수 다항식계층 볼륨
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 조선해양공학과, 2016. 8. 신종계.
Abstract
선체외판의 가공은 철을 이용해 선박을 건조하면서부터 선박의 생산에 중요한 생산 공정에 하나로 자리 잡았다. 이는 선체외판이 선박의 유체 역학적인 성능에 직접적인 영향을 주기 때문이다. 이러한 특성에 기인해 선체외판의 가공과 관련한 많은 연구가 진행되었다. 그러나 모두 성공적인 결과를 보인 것은 아니다. 이는 여러 가지 원인이 있지만 선체외판 가공이 요구하는 다양한 기술의 융합이 제대로 이루어지지 않은 측면도 무시할 수 없다.
기술의 발전에 따른 선체외판 가공에 대한 인식의 변화로 단순한 가공기술에서 복잡한 가공 시스템으로 선체외판 가공을 인식하는 관점이 달라졌다. 그 결과 열간가공 기술을 제외한 선체외판 전개 기술을 시작으로 1차 냉간 굽힘 가공 기술, 가공 후 완성도 평가 및 가공 후 지원 기술 등이 선체외판 가공 시스템에 추가되기 시작했다. 이러한 시도로 인해 나타난 가장 의미 있는 변화는 이전에 어렵거나 불가능하다고 여겨졌던 선체외판 가공 자동화 시스템에 대한 개발 재개이다. 특히 선체외판 가공을 전문으로 수행하는 인력이 점차 노령화되고 이들의 은퇴로 인해 발생하는 빈자리를 채워줄 신규 인력의 유입이 미미한 상황에서 선체외판 가공 시스템에 대한 개발 재개는 매우 고무적인 현상이다.
본 논문은 복합적인 형상을 갖는 선체외판의 가공에 필요한 정보를 찾는 것을 다룬다. 본 논문에서 다루는 복합적인 형상은 변곡선을 포함한 선체외판과 두 가지 이상의 곡률을 갖는 선체외판을 의미한다. 먼저 선체외판 형상인 곡면이 가우스 곡률을 기준으로 곡률의 부호가 섞여 있는지 확인 한다. 이를 위해 곡률의 부호가 바뀌는 선을 찾는다.
선체외판의 분할 시 발생할 수 있는 변곡판을 판정한다. 변곡판은 선체외판의 분할 시 20개 정도 발생한다 알려져 있다. 그러나 변곡선을 기준으로 서로 다른 면을 냉간 가공해야 하므로 그 가공이 까다롭다. 본 연구에서는 변곡선을 계산하기 위한 기준방향을 선체외판 곡면의 투영 면적이 가장 작은 방향을 기준으로 하여 변곡선을 계산하는 식을 유도한다. 유도된 식은 다변수 다항식을 계산하는 방법인 Dual Contouring을 이용해 계산한다. 변곡선의 계산을 통해 얻어진 변곡선의 형상과 개수를 기준으로 선체외판의 가공성을 판단한다.
냉간 굽힘 가공은 굽힘 축과 굽힘 형상을 이용해 선체외판을 벤딩 가공하는 것이다. 그러나 현재까지 알려진 가공 정보의 계산 방법은 굽힘 축의 개수와 그 형상이 제한 되어있다. 이러한 한계점으로 인해 변곡판의 가공과 실린더 이외의 형상을 이용한 굽힘 가공은 어렵다. 이를 보완하기 위해 변곡판과 일반 선체외판에서 적용 가능한 굽힘 축 정보를 윤곽선을 통해 얻는다. 그리고 굽힘 축이 갖는 미분기하학적인 성질을 이용해 그 굽힘 형상을 얻는다.
선체외판의 가공 후 완성도 평가 기술은 선체외판의 성형가공과 가공 후 생산 정보를 획득하는데 매우 중요하다. 완성도 평가 기술을 구성하는 단위 기술 중 그 계산에 대한 시간소요가 가장 큰 것이 가공형상과 설계형상 사이에 대응점을 계산하는 것이다. 현재까지 논의된 선체외판의 완성도 평가 방법들은 점과 곡면간의 투영을 이용해 대응점을 계산하는 것이다. 평가 기법 자체의 진보는 있었으나 그 계산 성능의 향상은 미흡했다. 본 연구는 선체외판 완성도 평가에서 대응점을 계산하는 부분의 성능을 높이기 위해 기존방법과 대응점을 계산할 수 있는 새로운 방법을 비교한다. 이를 통해 선체외판 완성도 평가의 성능을 높일 수 있는 방안을 제안한다. 앞에서 나열한 기존연구 결과의 개선을 위해 선체외판의 형상인 곡면을 분석하는 식과 이를 계산하는 방법 그리고 곡면간의 간섭이나 최소 거리를 계산하는 방법을 정리한다. 그리고 정리된 내용을 기반으로 기존연구의 개선된 결과를 보인다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/118290
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