대규모 액체수소 대양 횡단 운송의 급박한 수요에 대응하여, 본 논문은 8,000 m³ MOSS형 선박용 액체수소 구형 탱크를 연구 대상으로 하여 액체수소 온도 구간 내에서 열-구조 다중 물리장 결합 해석 및 구조 무결성 평가를 수행하였다. '중공 유리 미구슬(HGM) + 탄성 펠트' 복합 단열층 및 복합 지지 부재를 포함하는 3차원 유한요소 모델을 구축하였으며, 국제해사기구(IMO) 규격을 기반으로 적도, IGC 및 USCG의 3가지 대표 항행 운전 조건을 모사하였다. 열역학 계산 결과 절연 시스템 성능이 우수하며, 모든 조건에서 일일 증발률(BOR)이 0.123%~0.158%로 설계 기준인 0.2% 미만을 만족하였다. 역학 해석 결과, -253 ℃의 극저온에 의해 유발된 열 변형률이 결합 변형에서 지배적 역할을 하며 지지 연결부에 유의미한 응력 집중을 초래함을 밝혀냈다. ASME VIII-2 해석 설계 기준에 따라 응력 선형화를 수행한 결과 국부적인 피크 응력이 효과적으로 제거되었으며, 1차 및 2차 조합 응력 최대값은 493.6 MPa로 허용 응력 한도인 600 MPa 이하임을 확인하였다. 본 연구는 대형 MOSS형 액체수소 구형 탱크가 극한 운전 조건에서 다중 물리장 결합 기계적 반응 규칙을 밝히고, 향후 원양 액체수소 저장 및 운송 장비의 구조 설계, 단열 최적화 및 안전성 평가에 대한 공학적 참고 및 기술적 교훈을 제공한다.

액체수소 구형 탱크; 열-구조 결합; 중공 유리 미구슬; 일일 증발률; 응력 선형화