스트레인 게이지를 이용한 요트의 수치해석 및 실험 연구

이 연구는 소형 요트(LED - Linen Epoxy Dinghy)의 혁신적인 설계 및 제조와 관련한 연구 활동의 틀 내에서 수행되었습니다. 이 연구 활동은 팔레르모(Palermo) 대학교의 Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica(화학공학, 경영, 컴퓨터과학 및 역학 학과)에서 엔나 코레(Enna Kore) 대학교의 Facoltà di Ingegneria e Architettura(엔지니어링 및 건축 학부)와 협력하여 수행했습니다. 연구의 목적은 스트레인 게이지를 이용하여 15” 소형 요트의 스트레인 필드를 평가하고 실험 평가값을 FEM(유한요소법; Finite Element Method) 모델의 예측과 비교하는 것이었습니다.

로드 시스템(load system)을 적용함에 따라, 예비 수치 시뮬레이션으로 얻어진 FEM 결과에서 가장 중요한 변형 영역이 식별되었습니다. 선체에서의 변형 영역(그림.1), 가로 및 세로 내부 보강재에서의 변형 영역 (그림.2). 선체는 특히, 아마(리넨) 강화 플라스틱 외판 박층과 응집 코르크 코어로 이루어진 샌드위치 구조로 되어 있습니다. 스트레인 성분은 네 개의 3격자 로제트 HBM RY81-6/350 및 하나의 열 보상 로제트를 이용하여 선체 내부의 외판에서 계측했습니다. 네 개의 단일 격자 HBM 스트레인 게이지 LY11-6/350 및 하나의 열 보상 스트레인 게이지를 설치함으로써, 요트(선박용 합판으로 제작)의 가로 및 세로 보강재에서의 최대 정상 스트레인 지점 역시 고려했습니다.

각각의 단일 격자는 모두 네 개의 와이어를 이용하여 설치하였고, HBM의PU140 폴리우레탄 페인트 및 HBM의 SG250 이라는 실리콘 코팅제로 보호했습니다(그림. 3 및 그림. 4).

실험실에서 로드 구성을 재현했는데, 일반적인 항해 조건에서 보트에 가해지는 로드 시나리오를 시뮬레이션했습니다(그림. 5).

스트레인 게이지의 신호는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridges)를 이용하여 계측했습니다. 신호는 안정된 동작을 달성하기에 충분한 시간에 걸쳐 샘플링하였고, 그다음, 이 수집된 신호를 처리하여 완전한 스트레인 상태를 획득하고 이를 수치 FEM 결과와 비교했습니다.

실험 및 수치해석 결과의 일치는 매우 만족스러웠으며, FEM 모델을 신뢰할 수 있다는 결론을 내릴 수 있었습니다. 그리고 계측 데이터의 신뢰성으로 얻어진 자신감은 실제 항해 조건에서의 현장 계측에 대한 실험적 캠페인의 새로운 길을 열었습니다. 이를 위해서는, 스트레인 게이지 컨트롤러를 트랜스폰더와 GPS 시스템에 연결해야 합니다.

The customer

Palermo 대학교

The researchers:

Prof. Antonio Mancuso
Prof. Giuseppe Pitarresi
Mr. Giovan Battista Trinca

Enna Kore 대학교

The researchers:

Prof. Davide Tumino