Recently, international society has been at high risk from terrorist acts. The pirates of the Somali coast have been a great threat to international shipping. Somali pirates were holding at least nine large ships with an estimated 243 hostages as of 21 November, 2011. Their attack methods have become increasingly bold and varied. Other concerns include incidents like when the Republic of Korea’s battle ship Cheonan was sunk by a North Korean torpedo attack on March 26, 2010. It was split and it sunk owing to the shockwave and the bubble effect generated by the underwater explosion (UNDEX) of a torpedo, which contained the equivalent of a 250 ~ 360 kg charge of TNT.
Situations like the one mentioned above are the reason it is vital for studying the survivability for vessels, not only of naval ships but also of commercial ships, in UNDEX situations. Many underwater explosion studies have been conducted, both using numerical simulation and the actual tests, for naval vessels. However, these tests have not been done for commercial ships such as a VLCC (Very Large Crude Oil Carrier), container vessel, bulk carrier, etc.
Damage to a VLCC is of special concern as it can result in both loss of life and serious contamination to the surrounding environment due to oil spills. The prevention of oil leakage is as important as the survival of crews when a VLCC faces an accident. A VLCC is a kind of crude oil tanker and can transport 320,000 m3 (2,000,000 barrels) of oil. That amount is almost 8 times the amount of oil spilled in the well known Exxon Valdez accident.
In this study, a close proximity underwater explosion was numerically simulated with a Very Large Crude Oil Carrier (320K VLCC) to identify the structural response. This paper also aims to investigate the shock response for a VLCC hull and the effect on ballast water in the double hull during an underwater explosion (UNDEX) situation. The numerical study is conducted using the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method to validate the dynamic response of the hull and the UNDEX phenomena. A finite element model is created by using True Grid for the fluid model and MSC Patran for the VLCC model. The model analysis is performed with the Fluid Structure Interaction (FSI) technique using the LS-DYNA ALE code.
최근 국제사회는 테러리스트와 소말리아 근해 해적들의 위협에 의해 심각한 위험에 처해있다. 2011년 11월 21일자 보고서에 의하면 소말리아 해적에 의해 피랍된 선박은 9척 인질은 243명에 달한다, 테러리스트와 해적의 공격 방법 및 테러의 대상은 점점 더 대담하고 다양해지고 있다. 일례로 2010년 3월 26일 대한민국의 함정인 천안함이 북한의 어뢰 공격으로 인한 수중폭발현상으로 파생된 충격파와 버블 효과의 영향으로 침몰한 사건이 발생하였다.
위와 같은 상황에서 알 수 있듯이 수중폭발 하에서 선박의 생존성에 대한 연구의 필요성은 점점 증가하고 있다. 수중폭발에 의한 충격파와 버블효과는 선체 구조에 치명적인 손상을 야기하며 최악의 경우 선박을 침몰에 이르게 만든다. 지금까지 함정에 대한 수 많은 수중 폭발 공격이 자행되었으며 갈수록 다양하고 심각해지는 테러의 위협 속에서 함정 외에 상업용 선박 또한 테러의 주요 목표물이 될 위험에 노출되어 있다. 특히 초대형 유조선의 경우 선박의 목적상 엄청난 규모의 원유를 운반하며 사고 시 주변 환경에 심각한 재앙을 초래할 수 있다. 하지만 수중폭발 현상의 특성상 직접적인 실험에는 여러 가지 제약과 어려움이 따른다.
따라서 본 연구에서는 초대형 유조선을 대상으로 근접 수중폭발로 인해 선체에 작용하는 하중을 상용코드인 LS-DYNA를 사용하여 시뮬레이션 및 수치해석을 수행하였다. 연구 결과를 통해 수중폭발로 인해 발생하는 다양한 하중(충격파, 버블 압력, 워터 제트, 휘핑 효과)에 대한 초대형 유조선의 동적 반응을 분석하고 각각의 하중이 선체에 미치는 영향을 검증하였다.
