The dynamic stability of a ring-stiffened cylindrical hull structure subjected to underwater explosion is investigated using a finite element approach. Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) method in LS-DYNA is employed for analysis. One of detrimental collapse instability in tripping is identified in ring stiffened cylindrical structure. Tripping can be defined as a lateral-torsional buckling behavior of ring stiffener. The stiffener tripping-form of collapse is a sudden and drastic reduction in load-carrying ability resulting total failure.
In this study, two types of ring-stiffened cylindrical structure are modeled using thin shell element using HY-100 high strength steel. One is a rectangular ring stiffened cylindrical structure and the other is a tee-ring stiffened cylindrical structure. The modeled structures are submerged in water under balanced inner pressure. The equations of state (EOS) used include: linear polynomial EOS to determine water pressure and define air, and JWL EOS to define explosive pressure. TNT explosive is detonated near the hull to generate shock wave propagation and gas bubble oscillation.
Progressive tripping phenomenon is observed to identify the triggering instability that causes total collapse. Sensitivity analysis is conducted to investigate the region that is unstable against for stiffener tripping. The stability region is proposed in terms of ring-stiffener sizing with respect to hull structure configuration.
이 연구는 수치해석을 이용하여 수중폭발시 링 스티프너 실린더 구조물의 동역학적 안정에대해 조사하였다. 이를 수행하기 위해 LS-Dyna 프로그램을 이용하여 Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) 방법으로 구조물의 동역학적 안정성에 대한 해석을 하였다. 수중폭발과 같은 하중이 가해지면 수중 구조물의 붕괴가 일어난다. 그 중 수중 구조물의 붕괴를 야기시키는 원인 중의 하나 인 트리핑 현상에 대해 연구하였다. 트리핑 현상이란 하중으로 인해 스티프너가 붙어있는 판의 라인에서 갑작스럽게 회전하는 현상으로 구조물의 심각한 손상을 일으킨다.
수중 구조물의 트리핑현상을 알아보기 위해 두 종류의 구조물에 대해 연구를 하였는데 하나는 rectangular ring 스티프너가 보강된 실리더 구조물이고 다른 하나는 tee ring 스티프너가 보강된 실린더 구조물이다. 이 구조물은 HY-100의 재료로 수압을 견뎌내고 linear polynomial EOS로 공기와 물의 압력을 계산하였으며 구조물의 가까운 곳에서 폭발물을 터트려 충격파와 가스버블의 영향을 가하였다.
이 연구를 통해서 트리핑현상을 시뮬레이션을 통해 구현하고 sensitivity analysis을 통해 트리핑의 불안정성을 조사하여 트리핑에 안전한 영역을 제안하였다.
