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세그먼트 라이닝의 열차 진동하중에 대한 동적 응답특성 (Dynamic response of segment lining due to train-induced vibration)

  • 이경주;송기일
    • 한국터널지하공간학회 논문집
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    • 제25권4호
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    • pp.305-330
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    • 2023
  • 쉴드TBM 터널은 NATM 터널과 달리 라이닝이 세그먼트로 분절되어 있다. 따라서 라이닝에 동일 하중이 발생되어도 NATM 터널 라이닝과 쉴드TBM 터널 라이닝의 응력 분포가 다르게 발생된다. 쉴드TBM 터널에서 라이닝에 발생되는 응력을 분석하는 대표적 방법은 연결부를 고려하지 않는 강성일체법과 링간 이음 및 세그먼트 연결을 고려하는 2링 빔스프링 모델이 있다. 본 연구는 라이닝 분절 Segmentaion을 고려한 Break-joint Mode 해석 방법이지만 세그먼트 라이닝 연결부의 구조적 역할을 고려하지 않고 마찰력 성분인 수직강성과 전단강성 만 도입된 쉘 인터페이스 요소를 이용한 모델링을 적용하여 진동하중 발생 시 라이닝의 응력 및 변위에 대한 응답결과를 분석했다. 토압 등 정적 하중에 대해 천 정부에서 가장 큰 응력이 발생되는 강성일체법과 달리 본 연구의 해석방법에 의해 발생된 세그먼트 라이닝 응력 분포는 세그먼트 연결부가 집중된 천정부 Key 세그먼트에서 가장 작은 응력이 발생하였고 연결부를 경계로 응력의 분포가 뚜렷이 구분되었다. 그리고 정적 해석 결과는 강성일체법에 발생된 라이닝 응력이 본 연구 방법에 의해 발생된 세그먼트 라이닝의 응력에 비해 최대 7배의 큰 응력이 발생되었다. 이러한 결과는 세그먼트 연결부를 고려한 기존의 2링 빔-스프링 모델의 응력분포 양상과 일치하는 결과다. 그러나 열차 진동하중에 대한 응력값은 Break-joint Mode로 해석한 본 연구방법의 응력이 강성일체법에 비해 더 큰 응력을 발생되었다. 이는 짧은 부재들의 조합으로 이루어진 세그먼트 Ring이 원주방향으로 일체로 되어 부재의 길이가 상대적으로 더 긴 강성일체법 결과에 비해 더 작은 응력이 발생되는 정역학적 개념과 상이한 결과다. 진동하중에 대해 Break-joint Mode에서 세그먼트 라이닝에 응력이 더 크게 발생된 원인은 부재의 고유주기, 감쇠비 등 동역학적 요인의 차이보다는 열차 진동하중에 대해 라이닝에 발생되는 변위의 차이에 기인하는 것으로 판단되지만 이에 대한 증명은 추후의 과제로 남겨두었다. 본 연구 방법의 Break-joint Mode를 이용하면 정지상태의 열차 하중에 의해 발생되는 라이닝의 응력과 변위값을 비교하여 쉴드TBM 터널의 충격계수(DIF)를 비교적 간단하게 추정할 수 있다. 본 연구는 쉴드TBM 터널의 Segmentaion을 고려한 3차원 모델링으로 추후 지진파 등 다양한 하중조건의 검토를 통해 기존 해석방법 결과와 비교하여 모델링의 추가적 신뢰성을 확보할 필요가 있다.

변환요소에 따른 LOOPED WIRE의 탄성 변화에 관한 연구 (A STUDY ON THE CHANGES OF THE ELASTIC PROPERTIES TN LOOPED WIRES BY VARIABLE FACTORS)

  • 나용인;김상철
    • 대한치과교정학회지
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    • 제25권3호
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    • pp.263-271
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    • 1995
  • Canine retraction spring과 같은 looped wire에서, 각 변환요소에 따라 변하는 탄성 정도를 알아보기 위하여, wire의 재료, 굵기, loop에 소요된 길이, loop의 모양, gabling의 여부 등 5가지의 변환요소를 설정하여, 각 wire activation시의 탄성을 range, force, stiffness등의 면에서 알아보고자 하였다. wire의 재료적인 면에서 Hi-T (Unitek Co.)와 blue Elgiloy (Rocky Mountain Orthodontics)를 선택하였으며, 굵기로는 .016"$\;\times\;$.022" 와 .018"$\;\times\;$.025"를 선택하였다. loop 자체에 소요된 wire 길이를 15mm와 20mm의 두가지로, loop의 모양을 vertical open loop과 vertical closed loop의 두가지로, gabling의 양을 $0\circ$$30\circ$의 두가지로 하여 각각 제작하였다. 따라서 wire의 재료와 굵기, loop의 길이와 모양, gabling의 5가지 변환요소에 따라 32개군으로 구분되었으며, 각 군의 시료수는 8개씩으로, 총 256개의 시료를 대상으로 하였다. Instron(4202, Instron Co, USA)을 사용하여 각 시료의 하중변형 곡선을 얻었으며 elastic limit에서의 하중과 변형을 계측하고, 그때의 stiffness(force/range)를 산출하여, ANOVA 등의 통계처리로 32개군 간의 상관성을 조사하였다. 그 결과 wire의 재료, 굵기, loop의 길이, 모양, gabling모두가 looped wire의 하중 변형도에 유의한 영향을 미치는 것을 관찰할 수 있었으며, 탄성범위에서의 force는 Hi-T, .016"$\;\times\;$.022", loop 길이 20mm, open loop, non-gable군에서 가장 적었으며, blue Elgiloy, .018"$\;\times\;$.025", loop 길이 15mm, closed loop, non-gable군에서 가장 컸다. 탄성범위에서의 range는 Hi-T, .018"$\;\times\;$.025", loop길이 15mm, open loop, non-gable군이 가장 적었으며, Hi-T, .016"$\;\times\;$.022", loop길이 20mm, closed loop, gable군에서 가장 컸다. 또한 Looped wire의 탄성에 가장 큰 영향을 미치는 변환요소는 loop의 모양과 길이였으며, gabling의 영향이 가장 적었다.

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자유피스톤 스털링 엔진의 비선형 부하 감쇠를 고려한 동역학 모델 예측 및 검증 (Dynamic Model Prediction and Validation for Free-Piston Stirling Engines Considering Nonlinear Load Damping)

  • 심규호;김동준
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제39권10호
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    • pp.985-993
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    • 2015
  • 자유피스톤 스털링 엔진(Free-piston Stirling Engine, FPSE)은 석유자원 고갈로 인한 에너지 비용 상승으로 활발하게 연구되고 있는 신재생 에너지와 폐에너지 회수를 위한 핵심 에너지 변환장치로 주목받고 있다. 기존 스털링 엔진은 두 개의 피스톤과 기구부로 구성되어 열에너지를 기계동력을 변환한다. FPSE 는 기존 스털링 엔진의 단점인 기구부를 제거하고 각각의 피스톤에 스프링을 연결하여 진동 시스템으로 구성된 엔진으로서, 올바른 엔진 설계 및 운전 제어를 위하여 정교한 동역학 성능 예측이 필수적이다. 본 논문에서는 FPSE 의 외부 부하를 고려한 동역학 성능 예측 모델을 제시하고 선형 및 비선형 해석을 통한 성능 예측 방법론을 제시하였다. 선형 해석은 고유치 해석을 통한 근궤적 선도를 이용하여 엔진의 작동점을 예측한다. 비선형 해석은 외부 부하 감쇠의 선형항과 비선형항을 고려하여 수치적분을 통해 엔진 피스톤의 진폭을 예측한다. 이러한 동역학 성능 데이터는 엔진 출력 성능 예측에 활용된다. 또한, 본 논문의 해석 모델은 대표적인 FPSE 인 RE-1000 의 실험결과 및 기존 해석 연구들과 비교/검증하여 신뢰성을 검토하였다.

SWAT HRU Mapping module을 이용한 해안면 만대천 유역의 토지이용별 지하수 함양량 평가 (Evaluation of groundwater recharge rate for land uses at Mandae stream watershed using SWAT HRU Mapping module)

  • 류지철;최재완;강현우;금동혁;신동석;이기환;정교철;임경재
    • 한국물환경학회지
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    • 제28권5호
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    • pp.743-753
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    • 2012
  • The hydrologic models, capable of simulating groundwater recharge for long-term period and effects on it of crops management in the agricultural areas, have been used to compute groundwater recharge in the agricultural fields. Among these models, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) has been widely used because it could interpret hydrologic conditions for the long time considering effects of weather condition, land uses, and soil. However the SWAT model couldn't represent the spatial information of Hydrologic Response Unit (HRU), the SWAT HRU mapping module was developed in 2010. With this capability, it is possible to assume and analyze spatio-temporal groundwater recharge. In this study, groundwater recharge of rate for various crops in the Mandae stream watershed was estimated using SWAT HRU Mapping module, which can simulate spato-temporal recharge rate. As a result of this study, Coefficient of determination ($R^2$) and Nash-Sutcliffe model efficiency (NSE) for flow calibration were 0.80 and 0.72, respectively, and monthly groundwater recharge of Mandae watershed in Haean-myeon was 381.24 mm/year. It was 28% of total precipitation in 2009. Groundwater recharge rate was 73.54 mm/month and 73.58 mm/month for July and August 2009, which is approximately 18 times of groundwater recharge rate for December 2009. The groundwater recharges for each month through the year were varying. The groundwater recharge was smaller in the spring and winter seasons, relatively. So, it is necessary to enforce proper management of groundwater recharge during droughty season. Also, the SWAT HRU Mapping module could show the result of groundwater recharge as a GIS map and analyze spatio-temporal groundwater recharge. So, this method, proposed in this study, would be quite useful to make groundwater management plans at agriculture-dominant watershed.

이종두께 레이저 용접 프레임의 구조해석 (Structural Analysis of the Dual Thickness Laser Welded Frame)

  • 이영신;윤충섭;오재문
    • 전산구조공학
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    • 제10권4호
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    • pp.165-175
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    • 1997
  • 본 연구에서는 현재 자동차구조에 사용되고 있는 점용접 보강 리어사이드 프레임, 비보강 리어사이드 프레임 및 레이저 용접을 이용한 이종두께 리어사이드 프레임의 응력, 좌굴 및 진동해석이 수행되었다. 응력 및 진동해석의 경계조건은 양단고정이며, 좌굴해석시에는 단순지지 경계조건을 사용하였다. 구조해석에는 ANSYS 5.0 Code를 사용하였다. 점용접된 리어사이드 프레임의 최대응력은 메인프레임에서 발생하였으며, 그값은 80.9MPa이다. 이때의 최대변형률은 501.mu.이다. 이종두께 레이저 용접된 리어사이드 프레임은 두께가 1.8mm일 때 점용접 보강 리어사이드 프레임의 최대응력과 같아진다. 따라서 동일등가 응력을 기준으로 할 때 레이저 용접을 이용하면 중량을 17.2% 줄일 수 있다. 양단 단순지지된 보강 점용접 리어사이드 프레임의 좌굴하중은 52.54kN이다. 이때 동일한 좌굴하중을 갖는 이종두께 레이저 프레임의 두께는 1.9mm이다. 따라서 중량을 15% 감소시킬 수 있다. 보강된 점용접 리어사이드 프레임의 고유진동수는 163.6Hz로 굽힘모드이며, 이종두께 레이저 용접 리어사이드 프레임의 고유진동수는 179.8Hz이다.

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항공우주 비행체 정적구조시험용 하중제한밸브 부품 형상 분석 (Geometrical Analysis on Parts of Load Limit Valve for Static Structural Test of Aerospace Flight Vehicles)

  • 심재열
    • 한국항공우주학회지
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    • 제47권9호
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    • pp.607-616
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    • 2019
  • 항공우주비행체 정적구조시험을 위한 과하중 방지를 위해 사용되는 하중제한밸브(LLV)의 파일럿 스테이지의 주요 구성품들에 대한 자유물체도 분석을 수행하였다. 이 분석을 통하여 유압작동기의 동일한 힘에서 일관성있게 포펫 개방되도록 하기 위해서는 파일럿스테이지에 있는 두 포펫의 직경비($(D_2)^{ten}/D_2)^{comp}$)가 작동기의 피스톤 면적비($A_{comp}/A_{ten}$)와 동일해야만 한다는 것을 보였다. 실험실에서 외산으로 수입하여 사용하고 있는 4개의 서로 다른 하중제한밸브의 포펫들 형상을 측정하고 대응되는 4개의 다른 용량을 갖는 유압작동기들의 피스톤 면적비들로부터 위의 분석결과가 타당함을 확인하였다. 두 개의 다른 파일럿스테이지로 수행한 "조절자 분해능시험들"의 결과들로부터 조절자 각 회전에서 얻은 Fi(포펫개방 순간의 작동기 힘)의 최대 표준편차는 각 평균값으로부터 0.3KN이고 표준편차를 각 평균값으로 나눈 무차원값으로 분석하면 최대편차는 3.7%이다. 이 결과로 부터 동일 포펫 직경비를 갖는 두 개의 파일럿스테이지들의 포펫은 각 조절자 회전에 대해 Fi/(평균 Fi) 값이 +/- 3.7% 범위에서 일관성 있게 개방되고 있음을 확인하였다. 위의 편차는 포펫 O-링의 마찰력으로부터 유발되는 것임을 보였다. 부가적으로 파일럿스테이지의 다른 주요부품인 포펫 스프링과 조절자의 주요설계인자들도 식별하였고 이들의 결정과정도 본 연구에서 보였다.

중층 트롤 어구 시스템 운동의 유체역학적 시뮬레이션 (Hydrodynamic Simulation of Midwater Trawl System Behavior)

  • 차봉진;이춘우;이주희;김현영
    • 수산해양기술연구
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    • 제38권2호
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    • pp.164-171
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    • 2002
  • 본 연구에서는 중층 트롤 어구 시스템의 운동을 예측하기 위한 운동방정식을 정의하였고 중층 트롤 어구 시스템의 운동을 유체역학적으로 해석하여 시뮬레이션에 적용하여 계산한 결과를 해상에서 실험한 결과들과 비교하여 시뮬레이션의 정확도를 검증하였다. 해상실험은 1997년 8월 28일부터 1997년 8월 30일까지 동해상(36$^{\circ}$05'N, 130$^{\circ}$25'2E~36$^{\circ}$20'N,130$^{\circ}$47'E)에서 부경대 실습선 가야호를 이용하여 실시하였다. 그 결과는 다음과 같다. 1. 중층 트롤 시스템의 운동을 해석하기 위해 사용된 운동 방정식은 m$_{i}$equation omitted/=f$_{i}$으로 기술하였고, 여기서 m과 /equation omitted/는 각각 질점 i의 질량과 가속도이며, f$_{i}$는 질점에 작용하는 힘이다. 2. 각 질점에 작용하는 힘은 내력과 외력으로 구성되며, 내력은 질점 사이에서 작용하는 힘으로 어구 시스템 구성에 사용된 각 종 줄과 그물실의 탄성에 의한 힘이며, 외력은 질점에 작용하는 저항, 부력 그리고 중력 등이다. 3. 시뮬레이션의 결과를 해상실험의 결과와 정량적으로 비교하기 위해 끌줄길이 250m, 예망속력 2m/s에서의 전개판 간격, 전개판 수심 망고 그리고 망폭을 비교하였다. 이 때 전개판 사이의 간격과 망폭은 계산치와 실험치가 거의 일치하며, 전개판의 수심과 망고는 각각 5m와 4m의 오차를 가지고 있었다. 4. 시뮬레이션 도중 끌줄의 길이, 예망속력, 부력 그리고 전개판 면적을 증가시키면서 어구의 형상을 계산한 결과를 앞선 해상 실험들의 결과와 비교하였다. 이 때 끌줄길이를 증가시킨 경우 어구의 예망수심이 깊어졌으며 전개판의 간격이 증가하였다. 예망속력을 증가시킨 경우 어구가 수면으로 부상하였으며 전개판의 간격이 줄어들었다. 부력을 증가시킨 경우에도 어구가 수면으로 부상하였으며 전개판의 간격과 망폭이 줄어들었다. 마지막으로 전개판의 면적을 증가시킨 경우에는 전개판의 전개력이 증가하여 전개판 사이 간격이 커지고 망폭이 증가하였다.

쉴드터널 라이닝 세그멘트의 해석과 거동 특성 (Analysis and structural behavior of shield tunnel lining segment)

  • 정두회;이환우;김관수
    • 한국터널지하공간학회 논문집
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    • 제9권1호
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    • pp.37-47
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    • 2007
  • 환경훼손 및 주거 과밀지역의 민원을 최소화할 목적으로 도심지 공사에서 쉴드터널공법의 적용이 날로 증대되고 있다. 쉴드터널의 주 구조체인 라이닝 세그멘트는 연속체가 아닌 이음부를 가지는 구조로 되어져 있다. 지금까지 설계실무에서는 라이닝 세그멘트의 구조해석 모델이나 설계하중 및 지반정수의 영향 등에 대한 별다른 검증 평가없이 과거의 국내 외 설계자료를 관행적으로 적용하고 있다. 본 연구에서는 국 내외에서 현재 사용하고 있는 쉴드터널의 세그멘트 해석 및 설계 모델들에 대해 이론해와 수치해의 비교를 통하여 적정성을 평가하였다. 그 결과, 사용의 편이성과 현장조건 의 적용성, 해석결과의 적용성 측면에서 전주면빔이음스프링 모델(1R-S0)을 제안하였다. 그리고, 제안된 모델을 이용하여 이음부 강성과 지반강성, 이음부 분할 분포 및 분할 개수 등에 대한 매개변수 해석을 수행하였다. 그 결과, 이음부를 갖는 라이닝 세그멘트에 발생하는 휨모멘트는 일정한 크기 이상의 지반강성에서 이음부가 없는 연속체의 라이닝 세그멘트에 발생하는 휨모멘트의 크기에 일정한 비율로 수렴함을 알 수 있었다. 또한, 이음부의 강성이 작을수록 측벽부에 비하여 천정부와 바닥부의 휨모멘트가, 수평변위에 비하여 수직변위가 이음부 분할 분포에 따라 큰 영향을 받는 것을 알 수 있었다.

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불완전 합성율을 고려한 단순합성형의 합성거동에 관한 연구 (A Study on the Composite Behavior of Simply Supported Composite Girders Considering the Partial Interaction)

  • 용환선;김석태;박재일
    • 한국강구조학회 논문집
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    • 제9권4호통권33호
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    • pp.543-555
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    • 1997
  • 일반적으로 합성형 교량에 있어서 강판형과 콘크리트 슬래브 사이의 일체성은 강재와 콘크리트라는 이질재료의 접합부 사이에 위치한 전단연결재의 강성과 배치간격에 의해 영향을 받게 된다. 따라서 전단연결재는 두 재료가 일체로 거동할 수 있도록 충분한 강성을 가져야만 하며, 강성이 부족하게 되면 접촉면에서 미끄러짐이 발생한다. 이때, 미끄러짐의 발생을 고려한 것을 불완전합성형이라 한다. 본 논문에서는 불완전합성형의 해석에서 복잡한 계산과정을 거치지 않고 불완전율에 따라서 전단연결재의 강성과 간격을 산정하는 간이추정법에 대하여 연구하였으며, 단면과 지간에 따른 형특성, 불완전율, 하중작용점에 따라서 전단연결재에 작용하는 수평전단력, 축력 등의 변화양상을 간단한 영향선으로 나타내었다. 또한, 해석 예로서 Newmark의 partial interaction theory이론을 기초로 한 블완전합성형의 기초미분방정식을 적용하여 불완전율에 따라서 1) 스프링상수와의 관계 2) 축력 및 수평전단력과의 관계 3) 응력 및 중립축과의 관계를 고찰하였다.

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목조문화재에서 계절에 따른 부유 진균의 분포 및 다양성에 관한 연구: 순천 선암사를 중심으로 (Seasonal Distribution and Diversity of Airborne Fungi in a Wooden Cultural Heritage Site: A Case Study of The Seonamsa Temple, Suncheon)

  • 홍진영;김영희;이정민;김수지;조창욱;박지희
    • 한국균학회지
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    • 제46권2호
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    • pp.122-133
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    • 2018
  • 순천 선암사는 산림과 계곡으로 둘러싸여 가파른 지형에 위치하고 있으며 평지보다 온 습도는 높고 바람의 세기가 약하여 생물 피해가 우려되는 곳이다. 이에 계절마다 진균상 조사를 통해 실내 외 공기질에 분포하는 진균의 농도와 다양성을 조사하였다. 외부 공기질에 분포하는 진균의 농도는 봄($276CFU/m^3$)에 가장 높았고, 가을($196CFU/m^3$), 여름($128CFU/m^3$), 겨울($24CFU/m^3$) 순으로 감소하였다. 가장 하단에 위치한 지장전은 여름철에 $337.4CFU/m^3$, 가장 상단에 위치한 원통전은 가을철에는 $333.4CFU/m^3$의 가장 높은 농도를 나타냈다. 실내 외 공기질에서 부유균 농도의 차이가 컸던 계절은 여름철이었으며 $128CFU/m^3$인 외부보다 실내 공기질에 최소 0.5배에서 최대 3배 정도의 많은 진균이 부유하고 있었다. 부유 진균이 가장 많이 수집된 계절은 봄철이었지만 다양성은 여름과 가을철 공기질에서 더 높았는데 여름에는 28속 45종, 가을에는 25속 47종의 진균이 확인되었다. 특히, 가을철에는 모든 조사 지점에서 부유 진균의 분포도가 가장 높았는데 그 중에서 자낭균이 86%를 차지하였고 Cladosporium속이 우점하였다. Penicillim속은16종이 검출되어 종다양성이 가장 높았고 야외보다는 여름과 가을, 겨울철의 실내 공기질에 주로 분포하였다.