• 대한토목학회논문집
• /
• 제41권4호
• /
• pp.331-340
• /
• 2021

본 논문은 비예측 극한하중인 폭발하중에 노출된 RC building 구조물의 폭발손상평가를 위한 수치해석적 연구이다. 수치해석의 효율성 및 정확성을 높이기 위해, 폭발하중에 대한 정의, 유체-구조 연성을 위한 Euler-Lagrange 커플링 기법 적용, 그리고 고변형률 속도가 고려된 콘크리트 및 강재 재료구성모델이 제안된다. 특히 효율적인 폭발하중 정의를 위해, Euler-FCT 기법을 통하여 TNT 질량에 따른 시간별 압력하중 데이터가 확보되고, 이는 RC building 구조물 총 7 지점의 폭발위치에 적용되며, ANSYS-AUTODYN 솔버에 연결되어 수치 시뮬레이션이 수행된다. 해석결과, TNT 질량 및 폭발 위치에 따라 손상 차이가 발생하였으며, 먼저 TNT 질량 20 kg 일 경우 3 곳의 폭발손상 지점에서 주부재 중 슬래브에서만 중간 및 가벼운 손상이 발생되었고, TNT 질량 100 kg 일 경우 5 곳의 폭발손상 지점 중 3 곳은 슬래브 및 보 부재에서 중간 손상이 발생되었으며, 2 곳은 슬래브에서 심각한 손상이 발생되었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
• /
• pp.152-155
• /
• 2011

최근 폭발 등 극한하중에 대한 관심의 증대와 함께 방폭 및 연쇄붕괴방지를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에, 본 연구에서는 폭발하중하의 강구조물의 손상도와 저항성능을 수치적으로 평가하고자 하였다. 이를 위해 구조물의 폭발피해경감을 위해 가장 중요한 구조부재인 기둥을 대상으로 폭발물과 구조물과의 이격거리를 달리하여 폭발하중을 적용하였다. 유한요소해석을 수행한 결과를 토대로 기둥의 손상도와 잔여압축강도를 비교하고 관계를 도출하였다. 본 연구의 목적은 폭발에 의해 기둥이 손상된 경우 구조물 전체의 연쇄붕괴저항성능에의 손상된 기둥의 기여도를 평가하는 것이다.

• 한국방재안전학회논문집
• /
• 제16권1호
• /
• pp.61-70
• /
• 2023

본 연구에서는 수소저장시설의 폭발에 대한 시설물의 안전성 평가를 위하여 수소 폭발에 의한 발생된 충격파의 효과와 그에 따른 구조물의 손상도 평가에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 이를 위하여 수소저장시설의 폭발효과에 미치는 주요 설계변수로 수소저장시설의 부피(10~50,000 L), 잔존용량(SOC, 50% 및 100%) 및 초기 압력(50 MPa 및 100 MPa)을 고려하여 폭발 시나리오를 수립하였다. 수소폭발효과를 도출하기 위하여 수소의 기계적 에너지와 화학적 에너지를 고려한 TNT 등가량 산정방법을 활용하였다. 환산된 TNT 등가량에 대하여 기존 UFC 3-340-02의 Kingery-Bulmash 폭발하중 설계차트를 개선한 평가식을 적용하여 수소 폭발 모델을 제안하였다. 수소 폭발 모델은 거리별 압력과 충격량에 대하여 지난 수소 탱크의 폭발실험 결과와 비교하여 검증되었다. 검증된 수소폭발 모델을 활용하여 시나리오에 따른 변수해석을 수행하였으며 폭발 중심으로부터의 이격거리에 따른 압력과 충격량에 대한 설계차트를 제시하였다. 더욱이 이 압력과 충격량 설계차트와 압력-충격량(PI) 다이어그램을 활용하여 압력과 충격량의 수준에 따른 구조물의 미세손상, 주요부재손상 및 부분 붕괴의 3단계 손상도와 이격거리에 따른 설계차트를 제안하였다.

• 화약ㆍ발파
• /
• 제37권4호
• /
• pp.10-16
• /
• 2019

충격파나 압력파가 구조물에 미치는 영향을 평가하기 위해서는 과압, 양의 압력 지속시간, 충격량에 대한 정보가 필요하다. 본 연구에서는 증기운 폭발 해석에 효과적인 다중에너지법을 적용하여 과압 및 양의 압력 지속 시간을 결정하였다. 영국 Nypro 화학회사에서 발생한 싸이클로헥산 증기운 폭발 사고에서 추정된 총 폭발열을 기반으로 폭발원으로부터 40, 80, 120, 160, 200, 240, 280, 320, 360(m) 이격된 지점에서의 과압, 양의 압력 지속시간을 평가하였다. 거리에 따라 과압은 지수적으로 감소하는 것으로 나타났고, 양의 압력 지속시간은 거의 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 상기의 각 거리에서 구한 과압 및 충격량을 이용하여 각 거리에서의 구조물의 손상 확률을 평가하기 위해서 프로빗 함수를 사용하였다. 손상 확률을 평가한 결과 120m 이내 지점에서는 붕괴의 가능성이 크고, 240m 이내에서는 심각한 구조물의 손상이, 구조물의 가벼운 손상과 유리창 파손은 전 범위에 걸쳐서 발생하는 것으로 나타났다.

• 화약ㆍ발파
• /
• 제41권4호
• /
• pp.1-8
• /
• 2023

2020년 8월 4일에 베이루트항 저장 창고에 저장되었던 2750 ton의 질산암모늄이 폭발하였다. 이 폭발은 지금까지의 질산암모늄 폭발 중 가장 규모가 큰 것으로 알려졌다. TNT 등가법을 적용하여 2750 ton의 질산암모늄의 폭발 에너지에 상응하는 TNT 등가량을 구한 결과 856 ton으로 나타났다. Kingery-Bulmash 폭발 특성 계산기 툴을 활용하여 폭원으로부터 3600 m 까지의 범위에서 과압과 충격량을 산정하였다. 폭원으로부터 멀어짐에 따라 과압과 충격량은 지수적으로 감소하지만 과압이 더 크게 감소하여 과압이 충격량보다 거리에 따른 영향을 더 크게 받는 것으로 나타났다. 과압과 충격량이 구조물에 미치는 영향을 평가하기 위해서 구조물의 손상 기준을 적용한 결과 구조물의 부분적 붕괴, 심각한 손상, 가벼운 손상이 발생하는 임계거리는 폭원으로부터 각기 약 500, 800, 2200 m로 나타났다. 구조물과 인체의 손상 확률을 평가하기 위해서 프로빗 함수를 적용하였다. 구조물의 붕괴, 구조물의 심각한 손상, 구조물의 가벼운 손상, 창유리의 파손 가능성이 50% 이상이 되는 지점은 각기 약 500, 810, 2200, 3200 m가 되는 것으로 나타났다. 폭원으로부터 200 m 이내 지점에 있는 사람의 경우 폐 손상으로 인해 사망할 확률이 99% 이상인 것으로, 고막 파열이 발생할 확률이 50%인 지점은 약 300 m인 것으로 나타났다. 전신 이동에 따른 두개골 파열과 전신 충격에 의해 사망할 확률이 100%인 지점은 각기 300, 100 m인 것으로 평가되었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제31권1호
• /
• pp.52-65
• /
• 2021

본 연구에서는 멕시코시티 외곽에 있는 프로판 저장기지인 PEMIX 터미널에서 발생한 프로판 누출에 따른 증기운 폭발을 분석하였다. 누출된 4750 kg의 프로판에 대한 TNT 등가량은 9398 kg으로 평가되었다. 폭원으로부터 40~400 (m) 떨어진 지점에서의 최대과압, 양의 압력 지속시간, 충격량과 같은 폭발변수를 TNT 등가법과 다중에너지법을 적용하여 구하였다. 폭발 변수들을 이용하여 구한 프로빗 함수를 적용하여 폐 손상, 고막 파열, 머리 충격, 전신 전위 충격으로 인한 손상 확률을 평가하였다. 고려한 모든 거리에서 다중에너지법을 이용하여 구한 최대과압이 TNT 등가법을 적용하여 구한 최대과압보다 큰 것으로 나타났으나, 200 m 이후 지점부터는 큰 차이가 없는 것으로 평가되었다. 다중에너지법에 의해 구해진 최대과압을 적용하여 구조물 손상 범위를 평가한 결과 폭원으로부터 100 m 이내에 있는 구조물의 경우 완전히 붕괴될 것으로 예측되고, 400 m 떨어진 구조물의 유리창도 거의 파손될 것으로 추정되었다. 폐 손상에 의한 사망 확률은 충격파 진행방향으로 위치하고 있는 인체의 자세에 따라 달라지는 것으로 나타났으며, 인체 주변에 반사면이 있는 경우 사망 확률이 가장 큰 것으로 평가되었다. 충격파가 폐 손상, 고막 파열, 머리 충격, 전신 전위 충격에 미치는 영향을 평가한 결과 전신 전위 충격 < 폐 손상 < 고막파열 < 머리 충격 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 대한정형외과학회지
• /
• 제56권3호
• /
• pp.234-244
• /
• 2021

목적: 현재까지 군에서 발생하는 총기 및 폭발물 손상은 그 중요성에 비해 연구된 것이 제한적이었다. 이를 극복하기 위해 최근 4년간 총기 및 폭발물에 의해 수상한 군인 환자의 근골격계 손상에 대한 특징을 확인하고자 하였다. 대상 및 방법: 2015년 1월부터 2019년 7월까지 총기 및 폭발물에 의해 근골격계 손상을 당한 군인 환자를 대상으로 하였다. 의무 기록과 의료영상저장전송시스템 영상자료를 분석하고, 전화 면담을 통해 short musculoskeletal function assessment (SMFS)를 이용한 기능평가를 후향적으로 시행하였다. 기능평가에 대한 통계 분석으로 무기종류에 따른 분석은 t-test를, 다른 요인에 따른 분석은 ANOVA 분석을 실시하였다. 결과: 총기 및 폭발물에 의한 손상으로 치료받은 총 61명의 환자 중 30명(49.2%)이 근골격계 손상으로 정형외과적 치료를 시행받았다. 평균 수상 나이는 26.4세(21-52세)였다. 간부와 병사의 수는 비슷하였다. 총기 손상이 11명, 폭발물 손상이 19명이었다. 30명 중 수도병원에서 16명(53.3%)이, 민간병원에서 10명(33.3%)이 치료받았다. 12명에게 복수부위 손상이 있었고, 골절이 동반된 16명(53.3%)의 환자 중 절반 이상인 7명의 환자가 다발성 골절이었다. 수부와 하퇴부가 가장 흔한 수상 부위였다. 2명을 제외하고는 모두 개방창이 있었으며, 연부조직 재건술이 필요한 환자는 14명(46.7%)이었다. SMFS 기능평가에는 15명이 응답하였다. 계급에 따른 분석 결과, Borther Index에서 간부의 결과가 통계적으로 유의하게 낮은 것으로 분석되었다(p=0.05). 치료 병원에 따른 분석 결과, Dysfunction Index와 Bother Index 모두 수도병원에서 치료 받은 인원의 점수가 통계적으로 유의하게 낮은 것으로 분석되었다. (p=0.0008, p=0.0149) 결론: 국내 무기에 의해 수상한 군인 환자에 대해 분석한 첫 연구이다. 무기 손상 환자의 치료에 있어 orthopedic burden이 높음을 확인하였으며, 장기적으로 이런 환자들에 대한 치료평가 및 군 외상 시스템 발전을 위해 총기 및 폭발물에 의한 손상 환자를 포함한 군 외상환자 레지스트리 구축이 필요하겠다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제26권5호
• /
• pp.627-634
• /
• 2014

본 연구에서는 폭발에 의한 국부손상이 철근콘크리트 보의 잔류 휨강도 및 연성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 $160{\times}290{\times}2200mm$의 철근콘크리트 보에 대하여 근접 폭발 시험과 정하중 휨시험을 수행하였다. 또한 이 시험을 통해 강섬유 및 FRP 시트로 보강한 철근콘크리트 보의 폭발저항성능을 평가하였다. 장약량 1kg, 이격거리 0.1m의 폭발 시험을 수행하였으며, 시험 후 시험체의 crater, spall 지름과 무게손실(weight loss)을 측정하여 시험체의 국부손상을 평가하였다. 또한 폭발하중을 받지 않은 시험체와 폭발하중을 받아 국부손상이 발생한 시험체의 정하중 휨시험을 수행하여 휨강도 및 연성지수를 측정하였다. 시험결과, 보통콘크리트 시험체(NC)는 비교적 큰 crater와 spall이 발생하였으며 국부손상에 의한 무게 손실이 23.5kg 발생하였다. 반면 강섬유보강콘크리트 시험체(SFRC)와 FRP 시트 보강 시험체(NC-F, NC-FS)는 NC에 비해 crater 크기와 무게손실이 감소하며 향상된 폭발저항성능을 나타내었다. 또한 폭발하중에 의해 국부손상이 발생한 시험체들은 휨강도와 연성지수가 감소하였다. 특히 NC는 잔류 휨강도가 기존 강도에 비해 크게 감소하였고 압축철근의 좌굴현상이 나타나며 취성적으로 파괴되었다. 강섬유와 FRP 시트로 보강한 시험체의 경우 잔류 휨강도 및 연성지수가 NC에 비해 증가하였다. 이를 통해 폭발이 발생할 경우, 충분한 이격거리를 확보하지 못하면 장약량이 적더라도 구조부재에 심각한 국부손상을 발생 시킬 수 있다는 것을 알 수 있었으며, 강섬유와 FRP 시트에 의한 보강 방법이 폭발저항성능을 향상시킨다는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제10권4호
• /
• pp.211-217
• /
• 2007

새로운 공격 무기들의 등장과 적과의 전투환경 변화로 현대의 함정설계에 있어 생존성의 향상은 가장 중요한 요소가 되었으며, 특히 적에게 쉽게 노출되는 수상함에 있어서는 생존성의 취약성에 대비한 감소대책이 보다 강조되고 있다. 생존성을 고려한 함정설계를 위하여 우선 적절한 공격 시나리오를 설정하고 이에 따라 폭발해석을 수행하여야 한다. 폭발은 함의 국부 손상 및 대변형 손상을 야기시키며 이 때 손상된 함정에 대한 적절한 생존성 평가가 중요하다. 본 연구에서는 구조-유체 연성기법 중 하나인 ALE기법을 적용하여 폭발해석을 수행하고 함정의 붕괴거동을 조사하였으며 이 손상된 함정에 대하여 정량적으로 생존시간을 계산할 수 있는 간략계산법을 제시하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
• /
• pp.404-407
• /
• 2010

본 논문에서는 비선형 동적 해석 프로그램인 AUTODYN을 이용해 기둥의 단면 형상의 변화에 따른 폭발 하중의 영향을 분석하였다. 먼저 폭발하중 산정의 타당성을 확인하기 위해 AUTODYN을 이용한 예제해석을 수행하였으며, 폭발하중에 의한 영향을 가장 효율적으로 확인할 수 있는 인자인 압력을 비교하였다. 이를 토대로 기둥 형상에 따른 폭발 저항 성능을 평가하기 위해 같은 단면적과 높이를 갖는 정사각형과 원형 기둥을 모델링 한 후 TNT의 양에 따른 폭발전후의 부피를 비교하였다. 해석결과를 비교해보면 정사각형기둥이 원형기둥보다 폭발에 대한 손상정도는 더 크지만 기둥이 절단되지 않도록 하는 저항성능이 더 우수한 것을 확인할 수 있었다. 비록 철근의 영향을 고려하지 않았지만, 이와 같은 결과를 통해 TNT의 양에 따른 기본적인 폭발거동과 대테러 설계를 위한 기둥 단면 선택시 기초적인 자료로 활용가능 할 것으로 사료된다.