스프링잉 (Springing)

한 줄 정의: 파도의 주기가 선체 고유진동수와 맞아 선체 거더가 지속 진동하는 현상입니다.

쉽게 풀면

선체는 거대한 강철 보이므로 고유한 진동수를 가지고 있습니다. 배가 만나는 파도의 주기가 이 고유진동수에 가까워지면, 마치 그네를 박자에 맞춰 밀 때처럼 작은 힘으로도 선체 전체가 계속 떨리게 됩니다. 이렇게 파랑에 의해 선체 거더가 정상적으로 지속 진동하는 현상을 스프링잉이라고 합니다.

왜 중요한가

스프링잉은 진폭이 크지 않아 단번에 선체를 부수지는 않지만, 파랑에 의한 굽힘 응력 변동에 높은 진동수의 성분을 계속 더하기 때문에 피로수명을 크게 단축시킵니다. 특히 선체가 길고 유연한 초대형 컨테이너선과 대형 벌크선에서 계측으로 확인되어, 설계 기준에 반영하려는 연구가 활발합니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"계측 자료의 스펙트럼 분석 결과, 2절 진동수 부근의 스프링잉 성분이 전체 피로 손상도의 27%를 차지하였다."

조금 더 깊게 보면

선체가 긴 배일수록 고유진동수가 낮아져 실제 해상에서 만나는 짧은 파의 조우 주파수와 겹치기 쉬워집니다. 파고에 비례하는 선형 스프링잉 외에, 두 파 성분의 합 주파수가 고유진동수와 일치해 생기는 비선형 스프링잉도 관측되어 예측을 어렵게 합니다. 해석에는 유체와 구조를 함께 푸는 유탄성 해석이 필요하며, 강체로 가정하는 전통적인 내항성능 해석으로는 재현되지 않습니다.

주의할 점

같은 탄성 진동이라도 휘핑이 슬래밍 충격 뒤 감쇠하는 과도 진동인 반면, 스프링잉은 파랑이 계속되는 한 이어지는 정상 진동이라는 점이 다릅니다. 프로펠러나 기관이 원인인 선체거더진동과도 가진원이 구분됩니다.