인공신경망 및 고유변형모드에 의한 변환행렬기반 선체구조응답 예측방법개발

Abstract

최근 선체 구조 건전성을 추정하기 위한 방법을 개발하는 연구들이 수행되고 있다. 이는 설계 규정과 같은 선체 구조 건전성을 획득하기 위한 기존 방법들이 통계적 추정치에 근거하고 있어 불확실성을 지니기 때문이다. 따라서 실시간 계측 데이터를 활용하여 선체 구조 건전성을 확인하는 기술이 필요하다. 이를 실현하기 위해 실제 선박을 가상 공간에 투영한 디지털 트윈의 개념을 도입한 방법이 고안되었다. 이러한 방법은 수치 모델을 만들어 비교적 적은 개수의 계측 데이터로부터 선체 모든 곳의 구조 응답을 추정하는 것을 목표로 한다. 이 때 선체 구조 응답을 고유 모드 구조응답의 선형결합으로 가정함으로써 변환모델을 계산하는 연구들이 수행되어왔다. 본 논문은 선상 계측 데이터로부터 미계측위치의 구조 응답을 추정하는 변환모델을 다룬다. 이 때, 변환모델은 고유 모드 중첩을 가정한다. 선박의 적재 상태에 따라 변환모델이 추정한 구조응답의 정확도가 달라지는 한계를 개선하기 위하여 운동해석 결과로부터 구조해석 결과를 추정하는 인공신경망을 학습시켰다. 수치 해석 환경에서 기존의 변환모델과 본 연구가 제시한 변환모델로 추정한 구조응답을 비교함으로써 유효성을 검증하였다.

Some researchers in the marine industry have developed a method for monitoring hull structural integrity in recent days. This is because design process for hull structural integrity, such as regulations, is based on statistical data and has uncertainty. Therefore, the hull structure integrity monitoring technology using real-time measurement data is required. The methods based on the concept of a digital twin that projects a real ship into a virtual space have been investigated by several researches. The purpose of these methods is estimation of overall structural response from limited number of measurement data. To achieve this goal, some researches have been conducted to calculate the conversion model by assuming the hull structure response as a linear combination of the intrinsic mode structure response. This paper proposes a numerical model that estimates the structural response of unmeasured locations from on-board measurement data. In this case, the conversion model assumes the base mode superposition. The accuracy of the conversion model varies if loading condition of numerical model differs to the actual one. In order to improve the accuracy of the conversion model, the proposed model applied the artificial neural network model which is trained to estimate the structural analysis result from the motion analysis results. The proposed model was validated on the numerical environment. Validation is conducted by comparing the structural responses estimated by the convention conversion model to those estimated by the proposed model.