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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이상갑
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 한국해양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수33
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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로로 페리선 세월호는 급선회 시 선박의 선미부 객실의 증·개축으로 인한 무게중심 상승, 과도한 화물적재, 평형수 부족 등으로 인한 복원성 결여 및 고박 부실 등의 여러 가지 원인으로 전복되어 해저에 침몰하였다. 304명 승객의 사망 또는 실종된 침몰사고와 관련하여 2014년 합동수사본부, 2015년의 4·16세월호참사 특별조사위원회, 2017년의 세월호 선체조사위원회 등이 원인을 규명하기 위한 조사와 연구용역을 수행하여 큰 성과를 이루었으나 침몰한 세월호의 원인 규명을 위한 사고조사 및 연구용역 등의 한계로 인하여 2018년 가습기살균제사건과 4·16세월호참사 특별조사위원회가 현재 진상을 계속 규명하고 있으며 현재 6년이 경과하였다.
본 논문에서는 해난사고의 원인분석에 적합한 유체-구조 연성 해석기법의 고도 정밀 M&S 시스템의 시뮬레이션을 사용하여 세월호 침몰사고의 원인을 분석하고자 하였다. 이를 위해서 세월호 사고 당시의 화물 적재상태를 고려한 복원성 지표인 GoM, 개별 화물의 고박상태, 급선회 시의 타각 및 선속 등을 분석하고 이들 변수에 따른 급선회 시뮬레이션을 수행하여 사고 시의 AIS 항적과 선체 횡경사를 비교 분석함으로써 과학적이고 현실성 있는 세월호의 침몰 과정을 재현하고자 하였다.
선체 개구부와 선체 내부 침수 경로 등을 정확히 파악하고 세월호의 실선 침수·침몰 시뮬레이션과 해수 유입량 계산을 통하여 침몰 과정을 구현하고자 하였다. 또한 세월호의 해저 착저 시뮬레이션을 수행하여 세월호 선체 내외부의 손상을 실제 세월호와 비교하여 침몰사고의 원인이 내인설에 기인하는 것인지 밝히고자 하였다. 마지막으로 세월호 침몰사고 시 국내 잠수함 중 가장 대형인 장보고Ⅰ과의 충돌 시뮬레이션을 수행하여 실제 세월호의 선체 손상과 급선회 시의 거동에 미치는 영향을 검토하여 세월호의 침몰사고가 외력에 기인하는지도 밝히고자 하였다.
본 연구의 급선회 시뮬레이션을 통하여 사고 당시의 추정 GoM 0.469m에서 타가 전타되어 복원되고 화물도 이동되는 경우가 사고 시의 보정된 AIS 항적과 대체로 잘 일치하였으며 횡경사각은 약 35도 정도 내외로 수렴하였고, 유동수 효과를 좀 더 고려한 GoM 0.340m는 보정된 AIS 항적에 보다 더 근접하였고 횡경사각도 약 40도 정도로 수렴하였다. 이러한 급선회 시뮬레이션의 결과를 미루어 적재중량과 고박상태 등을 잘 추정하였고 급선회 시뮬레이션도 신뢰성이 높다고 사료된다.
해수는 최초 E 갑판 하단 선체 외판의 배수구와 C 갑판 외판의 루버 통풍구를 통해 C 갑판과 E 갑판으로 유입되었고, 가장 많이 유입된 곳은 C 갑판과 트윈 갑판 선미의 방수포 천막으로 가려진 큰 유입구로 다량의 해수가 유입되어 실제 사고 시와 같이 매우 빠르게 167도로 전복되었다. 이러한 침수·침몰 시뮬레이션과 해수 유입 계산의 결과로 미루어 해수 유입과정을 잘 추정하였고, 시뮬레이션 및 계산을 정도 높게 수행하였다고 사료된다.
세월호의 해저 착저 시뮬레이션을 수행한 결과 실제 세월호 선체의 손상과 대체로 잘 일치하였고, 다양한 잠수함의 충돌 시뮬레이션을 수행한 결과 세월호의 급선회에 영향을 미치는 가능성을 발견할 수 없었다. 또한 핀 안정기와 핀 안정기 선미 쪽 외판에 길게 발생한 손상과 파단은 잠수함의 충돌로 인해서는 발생하지 않았고, 세월호가 해저에 착저하는 과정에서 발생할 수 있는 것으로 추정되었다.
본 논문에서는 해난사고의 원인분석에 적합한 유체-구조 연성 해석기법의 고도 정밀 M&S 시스템의 시뮬레이션을 사용하여 세월호 침몰사고의 원인을 분석하고자 하였다. 이를 위해서 세월호 사고 당시의 화물 적재상태를 고려한 복원성 지표인 GoM, 개별 화물의 고박상태, 급선회 시의 타각 및 선속 등을 분석하고 이들 변수에 따른 급선회 시뮬레이션을 수행하여 사고 시의 AIS 항적과 선체 횡경사를 비교 분석함으로써 과학적이고 현실성 있는 세월호의 침몰 과정을 재현하고자 하였다.
선체 개구부와 선체 내부 침수 경로 등을 정확히 파악하고 세월호의 실선 침수·침몰 시뮬레이션과 해수 유입량 계산을 통하여 침몰 과정을 구현하고자 하였다. 또한 세월호의 해저 착저 시뮬레이션을 수행하여 세월호 선체 내외부의 손상을 실제 세월호와 비교하여 침몰사고의 원인이 내인설에 기인하는 것인지 밝히고자 하였다. 마지막으로 세월호 침몰사고 시 국내 잠수함 중 가장 대형인 장보고Ⅰ과의 충돌 시뮬레이션을 수행하여 실제 세월호의 선체 손상과 급선회 시의 거동에 미치는 영향을 검토하여 세월호의 침몰사고가 외력에 기인하는지도 밝히고자 하였다.
본 연구의 급선회 시뮬레이션을 통하여 사고 당시의 추정 GoM 0.469m에서 타가 전타되어 복원되고 화물도 이동되는 경우가 사고 시의 보정된 AIS 항적과 대체로 잘 일치하였으며 횡경사각은 약 35도 정도 내외로 수렴하였고, 유동수 효과를 좀 더 고려한 GoM 0.340m는 보정된 AIS 항적에 보다 더 근접하였고 횡경사각도 약 40도 정도로 수렴하였다. 이러한 급선회 시뮬레이션의 결과를 미루어 적재중량과 고박상태 등을 잘 추정하였고 급선회 시뮬레이션도 신뢰성이 높다고 사료된다.
해수는 최초 E 갑판 하단 선체 외판의 배수구와 C 갑판 외판의 루버 통풍구를 통해 C 갑판과 E 갑판으로 유입되었고, 가장 많이 유입된 곳은 C 갑판과 트윈 갑판 선미의 방수포 천막으로 가려진 큰 유입구로 다량의 해수가 유입되어 실제 사고 시와 같이 매우 빠르게 167도로 전복되었다. 이러한 침수·침몰 시뮬레이션과 해수 유입 계산의 결과로 미루어 해수 유입과정을 잘 추정하였고, 시뮬레이션 및 계산을 정도 높게 수행하였다고 사료된다.
세월호의 해저 착저 시뮬레이션을 수행한 결과 실제 세월호 선체의 손상과 대체로 잘 일치하였고, 다양한 잠수함의 충돌 시뮬레이션을 수행한 결과 세월호의 급선회에 영향을 미치는 가능성을 발견할 수 없었다. 또한 핀 안정기와 핀 안정기 선미 쪽 외판에 길게 발생한 손상과 파단은 잠수함의 충돌로 인해서는 발생하지 않았고, 세월호가 해저에 착저하는 과정에서 발생할 수 있는 것으로 추정되었다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 21.2 연구 필요성, 목표 및 내용 101.2.1 연구 필요성 101.2.2 연구 목표 및 내용 12제 2 장 시뮬레이션 기법 및 해석 절차 152.1 구조의 동적 외연적 비선형 시스템 152.2 ALE 유체-구조 연성 해석기법 222.2.1 라그랑지안 및 오일러리안 정식화 222.2.2 ALE 정식화 252.2.3 연성 알고리즘 352.3 시뮬레이션 모델 신뢰성 검증 38제 3 장 세월호 침몰사고 개요 413.1 세월호 침몰사고 413.2 세월호 증·개축 423.3 세월호 구조배치 443.4 침몰사고의 원인분석 473.5 사고 당시의 적하 상태 483.6 사고 당시 기상 및 조류 50제 4 장 전선 및 해수 시뮬레이션 모델링 534.1 선형 및 구조배치 파악 534.2 시뮬레이션을 위한 전선 모델링 584.3 부양 시뮬레이션을 통한 실선 모델링 검증 654.4 사고 당시 적하상태 추정 및 모델링 684.4.1 차량화물 적하상태 724.4.2 화물 적하상태 754.4.3 평형수와 연료유, 청수의 적하상태 784.5 침수 구획 모델링 814.6 차량 및 화물 경사 시뮬레이션 864.6.1 무고박 상태의 경사 시뮬레이션 874.6.2 고박 상태에 따른 경사 시뮬레이션 894.6.3 전복된 차량의 경사 시뮬레이션 924.6.4 갑판 바닥상태에 따른 경사 시뮬레이션 934.6.5 사고 당시 갑판별 차량 및 화물의 고박상태 추정 95제 5 장 세월호 급선회 시뮬레이션 975.1 해상 공시운전 선회 시험 시뮬레이션 975.2 초기 급선회 시뮬레이션 102제 6 장 침수·침몰 시뮬레이션 1136.1 선내 해수 유입량 계산 1136.1.1 시간 경과 별 선박 자세(선수·미 흘수 및 횡경사) 1146.1.2 생존자 진술에 따른 급선회 침수?침몰 상황 재구성 1176.1.3 선박 자세에 따른 화물 이동 시뮬레이션과 해수 유입 1186.1.4 사고 당시의 화물적재 상태 1216.1.5 선수갑판의 화물 유실 및 평형수 유출 1216.1.6 주요 단계별 해수 유입량 계산 1236.1.7 선내 누적 해수 유입량 129제 7 장 세월호 착저 및 충돌 시뮬레이션 1327.1 세월호 착저 시뮬레이션 1327.1.1 해저 지반 모델링 1327.1.2 세월호 전선 손상해석 모델 1347.1.3 해저 착저 손상 시뮬레이션 1377.2 수중 운동체에 의한 충돌 시뮬레이션 1427.2.1. 충돌 시나리오 1437.2.2 충돌 시뮬레이션 결과 145제 8 장 결 론 151참고문헌 153
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