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초록

영어

In this study, we analyzed the vibration response characteristics and structural vulnerability of a shipboard antenna mounting using digital twin-based finite element analysis (FEA). Since the target structure features an antenna protruding in a cantilever configuration, it is susceptible to stress concentration at the fastening joints under vibrational conditions. To analyze this, a digital twin model was constructed based on the actual geometry, and the structural response characteristics were analyzed by applying random vibration conditions based on Environmental Stress Screening (ESS). A comparative analysis was performed between the initial design—an M2.5 pan-head screw fastening structure—and the improved design—an M4 pan-head screw fastening structure. The analysis results showed that the existing M2.5 fastening structure exhibited high structural vulnerability due to stresses exceeding the allowable shear strength. In contrast, the M4 fastening structure showed a reduction in maximum stress of approximately 51.1% due to the increased cross-sectional area of the fastening joint and secured a positive Margin of Safety (MS) in all excitation directions. Furthermore, it was confirmed that digital twin-based analysis can effectively analyze the stress distribution and resonance characteristics of the fastening joint.

한국어

본 연구에서는 디지털 트윈 기반 유한요소해석(Finite Element Analysis, FEA)을 활용하여 선박용 안테나 체결부의 진동 응답 특성과 구조 취약성을 분석하였다. 대상 구조물은 안테나가 외팔보(Cantilever) 형태로 돌출된 구조를 가지므로 진동 환경에서 체결부 응력 집중에 취약하다. 이를 분석하기 위해 실제 형상을 기반으로 디지털 트윈 모델을 구축하였으며, ESS(Environmental Stress Screening) 기반 랜덤진동(Random Vibration) 조건을 적용하여 구조 응답 특성을 분석하였다. 초기 설계안인 M2.5 접시머리 나사 체결 구조와 개선 설계안인 M4 접시머리 나사 체결 구조에 대하여 비교 해석을 수행하였다. 해석 결과 기존 M2.5 체결 구조는 허용 전단강도를 초과하는 응력이 발생하여 구조적 취약성이 높은 것으로 나타났다. 반면 M4 체결 구조는 체결부 전단면적 증가에 따라 최대 응력이 약 51.1% 감소하였으며, 모든 가진 방향에서 양의 구조 안전여유(Margin of Safety, MS)를 확보하였다. 또한 디지털 트윈 기반 해석을 통해 체결부 응력 분포와 공진 특성을 효과적으로 분석할 수 있음을 확인하였다.

목차

요약
Abstract
1. 서론
2. 모델 및 해석 조건
2.1 모델 및 물성치
2.2 환경시험의 진동 조건 및 해석 방법
3. 해석 결과
3.1 고유진동 해석
3.2 기존 설계안(M2.5 나사)의 랜덤진동 및 안전성 평가
3.3 개선 설계안(M4 나사)의 랜덤진동 및 안전성 평가
4. 결론
REFERENCES

키워드

저자

• 심태성 [ Tae-seong, Shim | 국립금오공과대학교 기계공학과(항공기계전자융합전공) ]
• 김성욱 [ Seong-wook, Kim | 국립금오공과대학교 기계공학과(항공기계전자융합전공) ]
• 손환민 [ Hwan-min, Son | 국립금오공과대학교 기계공학과(항공기계전자융합전공) ]
• 허장욱 [ Jang-wook, Heo | FD&P엔지니어링주식회사, 대표이사 ] Corresponding Author

참고문헌

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• 간행물명

  디지털혁신융합연구 [Journal of Digital Innovation and Convergence]

• 간기

  연3회

• eISSN

  3140-5843

• 수록기간

  2026~2026

• 십진분류

  KDC 569 DDC 620