한국암반공학회 2000년도 암반공학문제의 수치해석(Numerical Analysis in Rock Engineering Problems)
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pp.235-239
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2000
지반진동을 차단하기 위한 방법으로 방진구가 효과적이지만 대부분의 구조물은 암반 위에 건설되어 있으므로 방진구를 설치하여 진동전파경로를 차단하는 것은 무리가 된다. 그러므로 천공기를 이용하여 방진공을 형성하여 발파진동을 차단하려는 사례가 늘어나고 있는 실정이다. 본 연구에서 2차원 지반모델에 설치된 방진공의 발파진동차단효과를 수치해석적으로 분석하기 위해 이산요소해석프로그램(UDEC)을 이용하여 동적해석을 수행하였으며 이와 비슷한 조건으로 현장실험에 적용하였다.
지반진동을 차단하기 위한 방법으로 방진구가 효과적이지만 대부분의 구조물은 암반 위에 건설되어 있으므로 방진구를 설치하여 진동전파경로를 차단하는 것은 무리가 된다. 그러므로 천공기를 이용하여 방진공을 형성하여 발파진동을 차단하려는 사례가 늘어나고 있는 실정이다. 본 연구에서 2차원 지반모델에 설치된 방진공의 발파진동차단효과를 수치 해석적으로 분석하기 위해 이산요소해석프로그램 (UDEC)을 이용하여 동적 해석을 수행하였으며 이와 비슷한 조건으로 현장실험에 적용하였다.
자동차용 MCP(Multi Changer Player)는 조용하고 깨끗한 음악을 감상하고 싶어하는 소비자들에게 큰 호응을 얻고 있다. 그러나 주행중에 외력이 자동차용 MCP 데크를 통하여 클렘핑부(Clamping부 : 이하 방진부라 함)에 전달되어 방진부에 진동이 발생할 수 있다. 이때 방진부에 장착되어 있는 CD(Compact Disc)의 음재생에 영향을 줄 수 있다. 따라서 본 연구에서는 자동차용 MCP 데크 메카니즘의 중요 구성 부분인 방진부를 설계 및 실험 해석에 의해 진동 저감 대책을 세움으로써 기초 자료를 확보하고 제품의 성능을 향상시키고자 한다. 자동차용 MCP 데크에 장착된 방진부의 진동 저감 문제를 해결하기 위해 먼저 다음과 같은 사항이 방진부에 미치는 영향도를 알아본다. 1) 아이들링(Idling) 중일때의 자동차의 특성과 주행중일때의 자동차의 특성 및 노면 외란이 진장부에 미치는 영향도를 파악한다. 2) CD가 클램핌되어 있을 때의 CD의 모드를 해석해 본다. 그리고 방진재로 사용된 스프링의 설계 및 방진 고무의 물성치 변화에 따른 방진부의 특성변화를 실험에 의해 해석하여 적절한 방진재를 선정한다. 또한 결정된 방진재를 사용한 MCP의 음비(Sound Skip) 특성을 측정해본다.
진동전파차단효과는 방진구가 가장 좋으나, 기술적인 문제에 의해 방진벽을 설치하는경우에 방진벽에 의한 진동전파차단효과는 여러 연구들에 의해 다음과 같이 요약된다. - 방진벽은 진동원에 가깝게 설치할수록 좋다. - 방진벽과 지반의 강성비가 클수록 방진벽의 진동차단성능은 우수하다. - 콘크리트보다 더 높은 강도의 방진벽도 더 좋은 결과를 나타내지 않는다.
본 연구에서는 이러한 방진궤도의 성능을 파악하고 또 적절한 방진궤도의 설계를 위하여 먼저 모형화하는 방법을 제시하였다. 이를 위해서는 궤도를 구성하는 방진요소의 특성을 결정하는 것이 필수적이므로 현재 사용되고 있 는 점탄성 방진재에 대하여 주파수, 온도, 초기 변형률, 동적변형률등 여러가 지 인자에 대한 물성치를 구하였으며, 이를 이용하여 궤도계의 진동전달 특 성을 파악하고 고찰하였다.
전철의 궤도 방진에 의한 소음.진동 저감 효과를 실제 측정에 의해 확인하기 위해서는 궤도 방진 전과 후의 소음.진동 측정 데이타가 필요하다. 그러나 방진 궤도 구조로 설계된 신축 역사는 전철이 운행되지 않으므로 궤도 방진 전의 전철 운행시 발생하는 소음.진동을 측정할 수 없으며 공사완료 후 전철이 운행된다고 하여도 궤도 방진이 되지 않은 상태에서의 소음.진동 측정은 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 현재 전철이 운행되고 있고 궤도 방진이 되어 있지 않은 유사한 구조의 산본 전철 역사를 선택하여 소음.진동을 측정, 분석하고 이 데이타를 방진 궤도 구조로 설계된 유사한 구조 신축 역사의 소음.진동을 예측하는데 기초 입력 데이타로 제시하고자 한다.
방진고무는 진동을 방지하여 다른 구조물의 진동전달 차단은 물론, 장비의 수명연장 및 효율을 증가시키기 위한 목적으로 사용되는데 이러한 방진고무 의 동적특성을 일반화하는 것은 어렵기 때문에 방진고무 시편의 동특성 해 석시험 결과치를 기준으로 원하는 성능에 부합하도록 방진고무의 재질을 선 정하고 사양에 의한 엔진마운트를 설계 제작하여야 한다. 이번에 제작한 UEM 엔진마운트는 해상용, 육상용 설비에 적용 가능하며, 특히 해상용에 적 용하고 외부 환경에 의한 부식으로부터 방진고무 및 기자재를 보호하기 위 하여 하우징을 특수재질로 제작하였고, 수직.수평력을 고려하여 큰 하중에 견딜 수 있도록 원추형 형상설계와 강성을 보강하였다. 특히, 원추형 형상으 로 제작하여 하중을 일정하게 분산시키고, 사용 가능한 선형영역을 확대 시 켰으며, Buffer(Steel Bar)를 이용하여 높은 파고 등에 의한 외부 충격량에 따른 큰 변위의 발생으로부터 설비를 보호할 수 있다. 본 논문에서는 물리적 특성이 같은 방진고무를 사용하고, 적층 수만 다르도록 두가지 모델 UEM-155와 UEM-255를 설계 제작하여 수직.수평방향의 정적시험, 동적시 험, 현장 장착시험 등을 수행함으로써 기업에서 요구한 사양에 적합한가를 고찰하였다.
본 연구에서는 공기스프링을 능동요소로 사용한 방진대를 1자유도 및 2자유도로 모델링하여 이론해석을 수행하였고, 이에 따른 컴퓨터시뮬레이션과 실험을 통하여 이론의 타당성을 검증하였다. 다음으로 공기스프링 방진대의 방진성능 향상을 위하여 비례제어밸브, 컴퓨터, 측정센서 등을 이용하여 공기 스프링내의 공기압력을 능동적으로 조절할 수 있는 제어계를 구성한 후, 최적제어 및 퍼지제어 알고리즘을 적용하여 상태귀환 제어를 실시하였다.
대부분의 경우 지반을 통해 전달되는 진동을 줄이기 위해 사용되는 방진벽의 차진효율은 지반 위 한 점에서의 진폭저감계수로 표현되고 있다. 그러나 한 점에서의 진동차단 효율은 일정 지역의 평균값과 많은 차이를 보이고 있어, 일정 단지의 진동환경 개선에 요구되는 경우, 한 점에서의 값만으로 차진효율을 표현하는 것은 적합하지 않다. 이를 위해 본 논문에서는 단지 내 진동환경 개선의 판단방법을 제시하고, 방진벽의 기하학적 규모가 방진벽의 진동차단 효율에 미치는 영향을 경계요소법을 이용하여 구하였다. 해석결과에 의하면 강성 방진벽의 경우, 단면적인 방진벽의 차진성능에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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