Simcenter STAR-CCM+ Field Function을 사용한 Trim Optimization 설정 방법 (The way to set-up Trim Optimization by using Field Function)

선박의 경우, 운항자세에 따라 저항이 달라짐으로 최적의 운항자세를 가지는 것이 중요하다. 이를 위해 적재화물 및 장비의 배치를 조절함으로써 최적의 트림을 찾고자 하는 노력을 하고 있으며, 최적 트림연구는 모형시험 또는 수치해석을 통해 수행하고 있다.

이에 Simcenter STAR-CCM+의 Field Functions과 Motions 기능을 이용하여, 하나의 sim file에서 해석을 진행하는 방법에 대해 알아보고자 한다. 또한, 최적 트림을 찾기 위해, 동적 자세 또는 정적 자세를 고려하는데, 해당 기사에서는 정적 자세 방법에 대해 말하고자 한다.

일반적으로 트림은 선체 정중앙(Midship)을 기준으로 값을 표현하기 때문에, 설정에 앞서 우선 해당 좌표계를 생성하도록 한다. 또한, ‘+’는 선수트림, ‘-‘는 선미트림 상태를 의미한다.

1. Tools > Coordinate Systems > Laboratory > Local Coordinate Systems > New > Cartesian

• ForTrim-CSys [3.639, 0.0, 0.342]는 Midship & Draft 값을 의미한다.

2. Tools > Motions > New > Rotation

• Rotation Specification은 “Rotation Angle” 선택 // Coordinate System은 “Laboratory->ForTrim-CSys” 선택
• Axis Direction은 [0, 1, 0] 정의
• Motions > Rotation > Rotation Angle

• Field function “For_Trim_Mid“은 다음과 같이 정의
  • ${Time} <=5.0 ? 0 : ${Time} <= 10.0 ? 1 * ${Pi}/180 : ${Time} <=15.0 ? -2 * ${Pi}/180 : ${Time} <= 20.0 ? 3 * ${Pi}/180 : -4 * ${Pi}/180
  • Parameter인 ${Pi} = atan(1)*4 로 정의
    • 위의 수식은
    • 5초보다 작을 때는 0도 이고, 5초 이후부터 10초까지는 +1도, 10~15초까지는 -2도, 15~20초까지는 +3도 그리고 20초 이후부터는 -4도 회전
    • 을 한다는 의미이다.
    • 따라서 적용 트림의 값은 
    • 5초보다 작을 때 Even Keel 상태 / 5-10초 +1도 선수트림 / 10-15초 -1도 선미트림 / 15-20초 +2도 선수트림 / 20초 이후 -2도 선미트림
    • 을 의미한다.

3. 해석 영역인 Region의 Physics Values > Motion Specification

• Motion은 “Rotation” 선택

• Orientation Manager > Local Orientation 1의 Coordinate System “Laboratory->ForTrim-CSys” 선택

해당 방법을 적용하여 해석을 진행하면, 아래 그림과 같이 선박이 회전한 것을 확인할 수 있다. 한가지 주의해야 할 점은, 이전 회전 각도 기준으로 회전한다는 것이다.