본 연구에서는 먼저 낙하 충격을 받는 전자 제품을 수학적인 모델링을 행하 므로서 낙하 충격시 제품이 받게되는 충격력을 정량화하였고, 전자 제품내 많은 부품들의 낙하충격에 대한 동특성해석의 일환으로 핵심 부품인 PCB(printed circuit board)를 해석하였다. PCB 해석을 위하여 유한요소법을 사용하였고, PCB에 작용하는 half-sine pulse의 속도 변화에 다른 가속도 응 답 및 최대 충격가속도, 주기의 변화에 다른 PCB의 가속도 응답을 해석하였 다. 제시된 해석 기법은 낙하충격에 대비한 적절한 electric component의 layout및 최적의 PCB 취부조건등의 결정을 가능케 함으로써, 설계단계에서 낙하 충격을 고려한 PCB설계가 될 수 있도록 그 활용 방안을 제시하였고 반복된 낙하충격 실험을 줄일 수 있으므로 경비 절감 및 개발 소요기간도 절감할 수 있다.
진동시험기를 사용한 충격시험은 자유 낙하식 충격시험기를 이용하는 것 보다 여러 가지 장점이 있으며, 충격반응 스펙트럼 시험의 요구가 점점 증가하고 있다. 진동시험기를 이용하여 충격반응 스펙트럼 시험을 실시하는데 진동시험기에서 허용하는 최대 힘, 속도, 변위에 의하여 제약을 받게 된다. 충격반응 스펙트럼을 만족하는 충격파형은 무수히 많으나 최대 가속도, 속도, 변위 등이 작으면 작을수록 그 충격파형의 품질이 우수하다고 말할 수 있다. 충격 지속시간이 짧고 충격가속도의 최대치가 큰 충격파형을 인가할 수 없지만, 충격 지속시간이 보다 길고 충격가속도의 최대치가 작은 파형이 동일한 충격반응 스펙트럼 규격을 만족할 수 있다. 진동시험기를 사용하여 충격반응 스펙트럼 시험을 수행하기 위한 충격파형이 웨이브레트를 이용하여 시험규격의 충격반응 스펙트럼을 만족하도록 합성된다. 웨이브레트의 매개변수는 주파수, 반파의 개수, 지연시간, 극성이다. 각 웨이브레트의 진폭은 시험규격의 충격반응 스펙트럼을 만족하도록·반복적으로 조절된다. 이렇게 합성된 충격파형은 진동시험기를 사용한 충격반응 스펙트럼 시험의 참조 가속도 파형으로 간주된다.
본 연구에서는 한국도로공사 도로교통기술원에서 수행한 충격흡수시설의 충돌시험 결과 데이터를 분석하여 충격흡수시설 설계법 개발을 위한 유용한 결과를 얻고자 하였다. 분석에 사용된 CC1등급 충격흡수시설 10회, CC2등급 충격흡수시설 24회 총34회의 충돌시험 결과데이터들을 이용하여 국내 지침에 따라 탑승자 충돌속도(THIV)와 탑승자 가속도(PHD)를 계산하였고 총34회의 충돌시험데이터에서 Y축 가속도와 Yaw 각속도를 무시하고 X축 가속도 충돌시험데이터만을 이용해 탑승자 충돌속도(THIV)와 탑승자 가속도(PHD)를 계산하였다. 비교분석 결과 충격흡수시설의 탑승자 안전도가 오차율 2% 미만으로 나타나 X축 가속도 충돌시험데이터만을 이용한 탑승자 안전도 계산의 유효성이 증명되었다. 충돌시험 데이터 중 X축 가속도를 적분하여 얻은 흡수에너지와 초기 충돌차량의 충돌에너지를 비교분석한 결과, 거의 정확히 일치하여 X축 가속도만을 사용한 충격흡수시설의 충돌거동 분석이 가능하였다. 본 논문에서는 충격흡수시설의 실물차량 충돌시험데이터를 이용해 탑승자의 안전도 및 충돌거동을 분석함으로써 일차원을 적용한 충격흡수시설의 설계법 개발의 근간을 마련하였다.
본 연구의 목적은 뛰어 내리기 동작 시 신발과 뛰어 내리는 높이가 지면반력과 충격감소에 미치는 영향을 연구하였다. 10명의 건강한 피험자가 신발 또는 맨발로 네 가지 다른 높이에서 (30, 45, 60 &75 cm) 다섯 번의 뛰어 내리기를 시도하였다. 수직지면반력(VGRF), 영상분석, 경골과 앞이마의 가속도가 함께 측정되었다. 첫 번째 정점의 수직지면반력 (VGRF1)은 75cm의 높이에서 맨발보다는 신발을 신은 상황에서 더 큰 값을 보여 주었다. 두 번째 정점의 수직지면반력 (VGRF2)은 신발을 신은 것보다는 맨발의 조건에 더 큰 값을 보여 주었다. 앞 이마의 가속도 (AccHead)는 높이와 지면에 거의 변화를 보이지 않았다. 첫 번째 정점의 경골 가속도 (AccHead)는 높이와 지면에 거의 변화를 보이지 않았다. 첫 번째 정점의 경골 가속도 (AccTibia1)는 맨발의 조건보다 신발을 신은 조건에서 더 크게 나타났다. 반면에 두 번째 정점의 경골 가속도 (AccTibia2)는 특히 60 그리고 75cm조건에서 신발을 신었을 때 보다 맨발일 때 더 큰 값을 보여 주었다. 충격감소지수 (AtteIndex)는 모든 높이에서 맨발의 조건이 신발을 신은 조건 보다 통계적으로 유의하게 높게 나타났다. 결론적으로 뛰어 내리기 동작 시 신발이 지면반력을 최소화시키고 충격을 감소시키는데 부가적인 완충물로 제공되었음을 뒷받침 해준다.
충격 가속도가 기계 시스템에 가해지면 시스템의 기능 저하 및 파손이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여 감시 정찰 비행기에 장착되는 짐발 구조 시스템은 설계 사양으로 MIL-STD-810G 충격 규격을 반드시 만족해야 한다. 일반적으로 비행기에서 전달되는 충격을 완화하기 위하여 시스템의 기초부에 방진고무가 설치된다. 고무는 비선형 하중-변형 관계를 가지므로 정확한 시스템의 충격 응답 계산이 어렵다. 이를 해결하기 위하여 비선형 특성을 2개의 선형으로 근사화하여 기초부에 충격 가속도를 받는 시스템의 동적 해를 유한요소법으로 구하였다. 그리고 동일한 조건에서 행한 실험과 비교 결과 제안된 해석 방법이 강성과 감쇠에서 비선형성을 갖는 방진고무가 포함된 짐발 구조 시스템의 동적 해석에도 유용함을 입증하였다.
충격에 민감한 용기나 기계들은 운반이나 보관중에 받을 수 있는 진동충격 을 완화시키기 위해 충격 마운트를 이용하게 되며, 충격마운트는 용기나 기 계들이 허용하는 최대가속도와 이들이 취급되는 환경에 의해 적절히 선정되 어야 한다. 그러므로 내충격 설계는 최대 허용 가속도나 취급환경에 대한 사 양과 이 사양에 의한 충격 마운트의 선정, 그리고 선정된 내충격 시스템의 충격시험에 의한 오일 탬퍼의 결합용이 사용되기도 하지만 구조가 복잡하고 가격이 비싸서 대용량이 경우에만 국한되어 사용되고 있으며, 가장 경제적인 것은 방진고무를 사용한 것이다. 내충격 시스템은 일반적으로 큰 변형량을 요구하고 있으며, 방진고무의 경우 큰 변형에서는 hardening 스프링의 비선 형성을 가지고, 형상계수와 고무배합율에 따라 정적 스프링상수와 동적 스프 링상수가 큰 차이를 보이는 등, 설계상의 여러 제한이 있다. 그러나 방진고 무는 형상변화가 자유로우며 제작이 용이하기 때문에 이러한 장점을 이용하 면 저렴하고 다양한 용도의 충격마운트 제작에 효과적으로 사용될 수 있다. 본 논문에서는 원통형 콘테이너의 내충격 설계를 위해 충격사양에 의한 충 격마운트의 설계, 설계된 내충격 시스템의 충격시험에 의한 검증을 순차적으 로 실시하여, 방진고무를 이용한 충격마운트 설계기술을 제시함으로써, 이후 방진고무제품의 설계를 위한 자료 및 과정의 제정에 도움을 주고자 한다.
저속 충격을 받은 복합재로 만들어진 두꺼운 압력용기의 파괴모드와 손상 상태에 대하여 조사하여 이를 정량적으로 나타내는 것이 본 연구의 관심이다. 본 논문에 사용된 시편은 압력용기의 중앙을 길이 305mm로 잘른 원통형 ring모양이다. 충격자는 직경이 25.4mm와 12.7mm인 반구형 2종류와 모서리의 직경이 1mm인 원추형 1종류로 무게는 3.9kg이며 자유낙하 높이는 20mm에서 200mm로 종류에 따라 간격을 달리했다. 실험 장치로는 실린더가 충격에 흔들리지 않도록 고정하는 받침대와 자유낙하 하는 impactor 이며 impactor의 윗면에 한 개의 가속도 게이지를 설치했으며 밑면에 90도 간격으로 4군에 스트레인 게이지를 붙여 충격에너지, 최대 충격력, contact radius를 측정하고 시험후 시편은 방사선 촬영을 하여 충격자의 종류에 따라 손상의 정도가 어떻게 다른지를 파악했다. Herzian이론을 사용하여 contact radius를 구하고 측정된 자료와 비교 검토하였다. Contact radius 값은 충격자의 직경이 클수록 큰 것을 알수 있고 실험치 값은 이론치 값 보다 큰데 이는 실제 연소관의 기계적 성질의 값이 계산치 보다 적은 것이 원인이다. 직경이 25.4mm인 반구형의 충격자는 직경이 12.7mm인 반구형의 충격자에 비하여 내부에 delamination크기가 컸다. 가속도의 값은 높이에 따라 선형적으로 변하고 충격자의 모양이 둔탁할수록 가속도 값이 커지는 것을 알 수 있다.
운송 중에 발생되는 진동, 충격이 전기기기에 미치는 영향을 검증하기 위해 측정자료를 바탕으로 실험실에서 보리 실험한 수 있는 실험기준을 설정할 필요가 있다. 이를 위해 측정절차를 수립하고 발생요인에 따른 실측자료를 확보하기 위해 진동과 충격을 측정하는 시스템을 개발하였다. 측정결과 운송 도로면의 요철조건, 운송차종(중량), 운송속도에 따라 측정값에 차이가 있었다. 세부적으로 콘크리트 도로, 고속 주행일 때, 파워스펙트럼밀도(PSD) 값이 큰 것으로 분석되었고, 충격가속도는 소형 트럭이 가장 큰 값으로 분석되었다. 또한 측정자료를 바탕으로 랜덤진동시험기준을 제시하였다.
공동주택의 바닥충격음 측정 및 평가는 주로 입주 전에 이루어지고 있으나 실제 충격음 발생은 입주 후 커튼과 가구와 같은 중량물이 설치되어 있는 조건이므로 입주 전 후 음원세대(음원실)와 수음세대(수음실)의 상황은 다르다고 할 수 있다. 본 연구에서는 음원실에 가구 등과 같은 하중 설치에 따른 중량충격음 변화정도를 파악하기 위하여 바닥충격음 시험동과 현장에서 활하중($200kg/m^2$) 설치 전 후의 음원실 바닥슬래브 하부 진동가속도레벨 및 수음실 충격음레벨 변화를 측정하였다. 측정결과 하중설치를 통하여 진동가속도레벨 및 충격음레벨이 다소 저감되었으나 큰 영향은 받지 않는 것으로 나타났으며, 슬래브의 공진주파수도 변화하지 않았다.
본 논문은 시스템 에어컨 실외기 포장품의 낙하충격해석 및 시험검증을 수행한 내용을 다룬다. 포장은 낙하충격으로 부터 제품을 보호할 수 있도록 충격에너지를 흡수할 수 있는 완충재질과 이를 제품에 고정하기 위한 부재로 구성되는데 작은 부피로 충분한 완충성능을 발휘하는 포장 설계를 위해서는 충격 시 제품에 가해지는 충격가속도 등을 정확히 평가하는 것이 필수적이다. 본 논문에서는 외연적 시간적분을 활용하는 유한요소해석 기법을 활용하여 실외기 포장품의 낙하충격해석을 수행하였다. 정확한 해석을 위한 해석모델 구축, 재료 시험을 통한 데이터 획득 및 재료 모델의 선정, 신뢰성 있는 해석 데이터 확보를 위한 계측 센서의 모델링 등이 수행되었으며 이렇게 구해진 해석데이터와 시험으로 구해진 가속도 및 변형률 시간이력을 비교하였다. 해석모델에 반영된 감쇄계수 등의 오차로 인하여 대체로 해석결과가 시험 결과에 비해 충격 가속도 및 변형률을 크게 예측하고 있으나 전체적인 데이터의 경향과 낙하 방향의 충격가속도는 정확하게 계산되었다. 이에 본 연구에 사용된 모델 및 해석기법을 에어컨 실외기 포장 설계에 활용할 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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