확률 유한요소법에 의한 선체 구조 신뢰성해석

Ship Structural Reliability Analysis by Probabilistic Finite Element Method

구조설계에 사용되는 대부분의 변수들은 다소간의 불확실성을 내포하고 있으며, 구조물의 안전성을 향상시키기 위해서는 이러한 불확실성에 대한 체계적인 연구를 통하여 구조설계시 이를 고려하는 것이 바람직하다. 본 논문에서는 선체와 같이 복잡한 구조물의 신뢰성해석을 효율적으로 수행할 수 있는 방법을 개발하기 위하여, 구조해석의 마지막 단계에서 신뢰성이론을 적용하던 종전의 방법과는 달리, 구조해석의 각 단계마다 확률변수들이 분산특성을 고려할 수 있는 확률 유한요소법을 도입하여, 기존의 신뢰성 이론중 가장 많이 사용되고 있는 2차 모우먼트방법(second moment method)에의 응용에 적합하도록 정식화하고, 이를 바탕으로 유조선 web frame의 신뢰성해석을 수행하여 확률변수들의 분산특성에 따른 web frame의 안전성을 검토하였다. 확률 유한요소법에 의한 신뢰성해석 기법은 유한요소법 알고리즘을 응용한 것이므로, 기존의 각종 유한 요소 package에 본 논문의 신뢰성해석 알고리즘을 도입하는 경우, 기존의 유한요소법에서 사용되는 입력데이타에 확률변수들의 분산특성(C.O.V)등의 통계 데이타만을 추가로 입력하면 구조응답의 평균치뿐만 아니라, 구조물의 신뢰성에 대한 다양한 정보들도 얻을 수 있다.

The reliability analysis for web frame of tanker is carried out by the probabilistic finite element method combined with the classical reliability method such as MVFOSM and AFOSM which can be used for calculating the probability of failure for the complicated structures in which the limit state equation is implicitly expressed. As random variables external load, elastic modulus, sectional moment of inertia and field stress are chosen and Parkinson's iteration algorithm in AFOSM is used for reliability analysis. By adding only the covariance data of the random variables to the input data set required for conventional finite element method, the present method can easily calculate the probability of failure at every element end as well as the covariances of structural reponses such as displacements at every element end and member forces at every element, even for the complicated ship structure.