곡선 그물망으로부터의 초기 선형 곡면 자동 생성 방법

Abstract

초기 선형 설계 과정에서 선형 곡면(Hull form surface)은 선박 계산, 유체역학해석을 위한 메쉬 생성, 모형선 제작 등에 필수적이다. 선형 곡면은 B-spline으로부터 주어진 곡선 그물망(Wireframe) 모델을 보간(Interpolation)하여 생성되며 선형이 복잡하기 때문에 하나의 B-spline 곡면으로 나타내기 어렵다. 따라서 선형의 구획을 분할하여 곡면을 생성해야 한다. 생성된 곡면은 유체역학해석 과정에서 메쉬를 생성할 때 이용되는데 이때 오류를 유발할 가능성이 가장 높은 부분은 선체 중심선(Center line, y=0)이다. 이 부분에서 경계면을 이탈하여 곡면이 생성되면 표면 격자 생성 시에 오류가 발생하게 되어 작업자가 직접 유체역학해석 프로그램에서 수동으로 격자 수정을 해야 하는 불편함이 있다. 그러므로 경계면을 만족하기 위해 알맞은 곡면 생성 방법으로 곡면을 생성해야 한다. 하지만 현재 조선소에서는 선형 곡면을 생성할 때 상용 프로그램을 이용하여 작업자의 수작업에 의해 곡면을 생성한다. 수작업에 의존하다 보니 작업자의 숙련도에 따라 곡면 형상의 차이가 있으며 선형을 다시 변환한다면 곡면을 재생성 해야 하기 때문에 많은 시간이 요구된다는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 주어진 곡선 그물망으로부터의 선형 곡면 자동 생성 방법과 곡면 생성 방법인 Skinning surface, Trimmed surface, Coons patch, Gordon surface 방법을 이용하여 선형 곡면을 생성하고 각 구획에 맞는 곡면 생성 방법을 제시한다. 그리고 본 연구에서 제시한 선형 곡면 자동 생성 방법을 통하여 생성된 곡면의 품질을 평가하기 위하여 실제 조선소에서 사용하는 선형 곡면의 유체역학해석결과와 비교하여 검증하였다. 그 결과 유체역학해석을 위한 메쉬 생성을 진행하기에 곡면의 품질이 충분하였고 이를 통해 실제 현업에서의 사용 가능성을 확인하였다. 본 연구는 기존의 상용 프로그램을 이용한 곡면 생성 방법에 비해 수작업의 개입을 최소화하고 곡면 생성 시간 단축이 가능하다. 그러므로 동일한 설계기간 동안에 더 많은 선형 최적화가 수행될 것으로 기대된다.|In the initial hull form design process, the hull form surface is an important indicator of early extraction of information related production and is essential for mesh generation and model ship for hydrodynamic analysis. A hull form surface is generated by interpolating a given wireframe. As the hull form shape is complicated it is difficult to represent a whole hull form with a single B-spline surface. Therefore, a hull form surface is generated by dividing the hull form compartment. In general, in the process of hydrodynamic analysis, the most likely part to cause an error when generating a mesh through a hull form surface is the center line boundary(y=0). If a hull form surface is generated outside the boundary from this part, an error occurs when generating a mesh. The error will cause the inconvenience of having to manually modify the mesh in the hydrodynamic analysis program. Therefore, in order to satisfy the boundary, it is necessary to generate a hull form surface using appropriate method. However, in the current shipyard, when generating a hull form surface, a commercial program is used to generate the hull form surface by manual work of the worker. As it relies on manual work, there is a difference in hull form surface depending on the maturity of the worker. In addition, there is a problem in that variating the hull form requires a lot of time because the hull form surface must be regenerated. Therefore, this paper proposes a method of automatically generating hull form surface from a given wireframe. In addition, hull form surfaces are generated using the Skinning surface, Trimmed surface, Coonspatch, and Gordon surface methods. And a method of generating hull form surface suitable for each compartment is proposed. The hull form surface generated using the proposed method was verified by comparing the hull form surface used in the actual shipyard with the results of hydrodynamic analysis. As a result, the quality of the hull form surface was sufficient to generate a mesh for hydrodynamic analysis, and through this, the actual usability in the shipyard was confirmed.