Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea (한국지진공학회논문집)

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Modeling and Theoretical Analysis of Thermodynamic Characteristic of Nano Vibration Absorber

나노 진동 흡수기의 모델링 및 열역학적 특성 해석에 대한 이론적 연구

  • 문병영 (밀양대학교 기계공학과) ;
  • 정성원 (밀양대학교 기계공학과)
  • Published : 2003.12.01
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Abstract

In this study, new shock absorbing system is proposed by using nano-technology based on the theoretical analysis. The new shock absorbing system is complementary to the hydraulic damper, having a cylinder-piston-orifice construction. Particularly for new shock absorbing system, the hydraulic oil is replaced by a colloidal suspension, which is composed of a porous matrix and a lyophobic fluid. The matrix of the suspension is consisted of porous micro-grains with a special architecture: they present nano-pores serially connected to micro-cavities. Until now, only experimentally qualitative studies of new shock absorbing system have been performed, but the mechanism of energy dissipation has not been clarified. This paper presents a modeling and theoretical analysis of the new shock absorbing system thermodynamics, nono-flows and energy dissipation. Compared with hydraulic system, the new shock absorbing system behaves more efficiently, which absorb a large amount of mechanical energy, without heating. The theoretical computations agree reasonably well with the experimental results. As a result. the proposed new shock absorbing system was proved to be an effective one, which can replace with the conventional one.

구조물은 지진, 풍랑 등과 같은 외부의 충격에 대해서 노출되어 있기 때문에 대규모의 피해가능성이 항상 존재한다. 이러한 외부에 대한 충격흡수 장치는 여러 가지가 있다. 이러한 기구 중에서 널리 사용되고 있는 것이 기계적 에너지를 소산시키는 유압 감쇠기이다 본 논문에서는 유압 감쇠기의 단점을 보완하고 보다 효율이 높은 감쇠기를 나노기술을 응용하여 새로운 감쇠기에 대한 기초적 이론연구를 하였다. 새로운 감쇠기는 내부에 점성 유체 대신에 무기재료의 입자를 유체와 혼합하여 사용하였고 오리피스를 생략함으로 해서 보다 간단한 구조로 설계하였다. 나노 단위 기공에서의 유동 현상을 설명하기 위해서는 기존의 유체역학에 대한 지배방정식 및 가설들이 더 이상 적용이 되지 않는 단점이 있다. 본 연구에서는 지금까지 명확하게 규명되지 않았던 감쇠기의 열 발생, 나노 유동, 그리고 에너지 소산에 대한 이론적 해석을 수행하였다. 그리고 다공 입자 구조에 따른 에너지 소산에 대한 영향을 모델링하여 조사하였다. 감쇠 효과를 검토하기 위해 기존의 유압 감쇠기와 에너지 소산효율을 비교하였다. 또한 감쇠 효율을 수치적인 해석결과와 실험 결과를 서로 비교하여 검토하였다.

Keywords

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