1. 서 론 선체 운동과 화물창 내부 액화 천연 가스(Liquefied natural gas, LNG)와의 공진에 의해 발생하는 슬로싱 현상은 LNG 화물 창 내부에 격렬한 유체 운동을 발생시키며 이는 매우 국부적이 고 큰 유체 충격압을 유발시켜 LNG 화물 저장 시스템(Cargo containment system, CCS)의 손상을 일으키는 주요 원인이 된다. 따라서 운항 기간 동안 화물창 내부에 발생하는 슬로싱 하중 에 대한 CCS의 파손 방지 설계는 멤브레인형 LNG CCS 설계 에 있어 핵심 이슈가 되고 있다(Lee et al. 2010). 지금까지 수 치해석을 통해 슬로싱에 대한 CCS의 동적 강도를 정량적으로 평가하기 위한 많은 시도는 유체구조 연성(Fluid structure interaction, FSI) 현상, 충격 하중하에서 CCS 구성 재료에 대한 동적 거동 규명 등과 같은 난제로 인해 어려움을 겪고 있는 것 이 사실이다. 일반적으로 멤브레인형 LNG CCS는 정⋅동적 하중하에서의 구조 성능과 더불어 자연 기화율(Boil off rate, BOR) 최소화 등 과 같은 기능적 요구 조건을 만족시키기 위하여 단열재와 구조 재를 적층한 샌드위치 복합 구조로 설계되며 단열재로 낮은 열 전도율, 우수한 하중 지지능과 더불어 높은 에너지 흡수능을 가 지는 폴리우레탄 폼(Polyurethane foam, PUF)이 주로 사용된다. 특히, LNG CCS에 사용되는 PUF는 강도 확보를 위해 유리 섬 유로 강화된 재료를 사용하고 있으며, 최근에는 CCS의 BOR (Boil off rate) 설계 조건에 따라 다양한 밀도의 PUF가 적용되는 추세이다. 일반적으로 발포 재료의 물성은 밀도, 변형률 속도 및 미세 구조와 같은 변수에 따라 달라지므로(Gibson and Ashby, 1997) 멤브레인형 LNG CCS의 강도를 정확하게 평가하기 위해 서는 극저온 환경에서 이들 변수의 영향을 규명하는 것이 필요 하다. 따라서 LNG CCS의 동적 강도를 유한요소해석을 통해 정 량적으로 평가하기 위해서는 PUF의 밀도, 하중 속도 그리고 온
ABSTRACT:The purpose of this study was to establish a numerical model of polyurethane foam (PUF) to simulate the dynamic response and strength of membrane-type Liquefied natural gas (LNG) Cargo containment system (CCS) under the impact load. To do this, initially, the visco-plastic behavior of PUF was characterized by testing the response of the PUF to the impact loads with various strain rates as well as PUF densities at room temperature and at cryogenic conditions. A PUF material model was established using the test results of the material and the FE analysis. To verify the validation of the established material model, simulations were performed for experimental applications, e.g., the dry drop test, and the results of FEA were compared to the experimental results. Based on this comparison, it was found that the dynamic response of PUF in dry drop tests, such as the reaction force and fracture behaviors, could be simulated successfully by the material model proposed in this study.This is an open access article distributed under the terms of the creative commons attribution non-commercial license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.