[논문]점용접된 판 구조물의 면적비와 거리비에 따른 진동특성 연구

한동섭; 안성찬; 안찬우; 한근조

doi:10.5394/kinpr.2002.26.1.043

점용접된 판 구조물의 면적비와 거리비에 따른 진동특성 연구
A Study on Vibration Characteristics of Plate Structures Spot-Welded with respect to Area Ratio and Distance Ratio 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.26 no.1 = no.76, 2002년, pp.43 - 49

한동섭 (동아대학교 기계공학과 대학원) , 안성찬 (동아대학교 기계공학과 대학원) , 안찬우 (동아대학교 기계공학과) , 한근조 (동아대학교 기계공학과)

초록
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본 연구에서는 비감쇠 자유진동을 하는 점용접된 사각평판의 고유진동수를 수치해석을 통하여 살펴보고, 실험을 통하여 결과를 검증하였다 설계변수로는 점용접에 미치는 여러 설계변수 중에서 점용접이 차지하는 면적을 사각평판의 면적으로 나눈 면적비와 점용접점 사이의 거리를 평판의 한 변의 길이로 나눈 거리비로 무차원화하여 사용하였으며, 목적함수로는 점용접으로 인한 두께효과를 진동수에 대한 처짐의 비로써 나타낸 등가두께로써 무차원화하여 정의하였다. 수치해석에는 범용유한요소해석 프로그램인 ANSYS 5.6을 사용하였고, 실험에는 B&K Data analyzer를 통하여 주파수분석을 수행하였다. 연구의 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 점용접의 면적비가 단지 4.52%인데 비해 점 용접으로 인한 두께효과는 55%로써 매우 크게 나타났다. 2. 거리비에 따른 두께효과는 거리비가 0.4일 때 가장 크게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this Paper, the mechanical behavior of two reかangular plates spot-welded under free vibration is investigated in detail. The focus of the analysis is to evaluate the effect of thickness of reinforced plates with equivalent thickness. The results of this the investigation are compared with detailed finite element analysis end experiments of the plates spot-welded for various parameters, such as aspect ratio, arm ratio, and distance ratio of spot-welding Points. The conclusion obtained are as followed. 1. The effect thickness due to spot-weld is very large, such as 55% in comparison with area ratio of spot-welding joint is just 4.52%. 2 The effect of thickness with respect to the distance ratio is maximized when the distance ratio is 0.4.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

면적비변화의 경우 절점은 1458~16512개, 요소는 676- 6912개를, 거리비변화의 경우 절점은 1401-25857B, 요소는 1328 〜2408개를 각각 사용하였고, 점용접점은 절점을 공유하였으며, 솔리드모델과 쉘모델에 많이 적용되는 Block lanczos 법을 이용하여 1차에서 4차까지의 고유진동수와 모드형상을 구하였다. 경계조건은 상 .
모달용 가속도계 변환기를 완전고정된 평판의 임의의 한 위치에 부착하고, 충격망치로 평판의 4점을 각각 5회씩 가진 시킨 후 가진점의 전달함수를 진동수 0~3200 Hz 범위에 걸쳐서 측정하였다.
본 연구에서는 점용접된 사각평판의 자유진동 시 고유진동수를 수치해석을 통하여 살펴보고, 다음으로 시험을 통하여 검증하였다. 수치해석에는 범용유한요소해 석 프로그램인 ANSYS 5.
본 연구에서는 점용접을 이용하여 보강된 판 구조물의 비감쇠 자유진동에 대한 진동특성을 유한요소해석과 실험을 통하여 살펴보았으며, 고유진동수에 대한 등가두께로써 면적비와 거리 비에 따른 보강효과를 살펴본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
유한요소해석 결과의 검증을 위해 형상비 1.0에서 3종류의 면적비 0(NSW), 0.0226(2row), 0.0452 (4row)와 3종류의 거리 비 0.2, 0.5, 0.8의 6가지의 경우에 대해 각각 3개의 시료를 사용하여 총 18번의 실험을 실시하였다.
일반적으로 점용접을 이용한 구조물 제작은 박판과 프레임의 결합 또는 보강법의 일환으로 결함이 발생한 판 구조물에 점용접을 이용하여 보강판을 본판에 결합하는 방법 등이 있는데, 이러한 판 구조물에서 진동에 대한 두께효과를 점용접 면적 비와 형상비의 변화를 설계 파라메타로 하여 두께가 1mm인 평판에 대한 1차 고유진동수의 비로 무치원화하여 나타낸 등가 두께로써 평가하고자 한다.⑵
재료와 물성치는 Table 1에 나타내었고, KS B 0880의 최소 용접 피치를 고려하면 평판의 두께가 1mm일 때 최소용접 피치는 15mm이상, 최소가장자리간격은 7.5mm이상이 되어야 하고, 전극팁의 끝지름은 5x、「t (mm)이상이 되어야 하므로 전극 팁의 끝지름은 6mm를 사용하여 해석을 수행하였다.
점용접 거리비가 변화함에 따라 진동에 미치는 영향을 살펴보기 위해서 점용접점수가 4개인 경우에서 3종류의 형상비(r) 1.0, 1.5, 2.0에 대해 7종류의 거리비 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8를 조합하여 총 21가지의 모델을 사용하였다. 여기서 거리 비는 사각평판의 한변의 길이에 대한 점용접점 사이의 거리의 비로써 나타내면 다음과 같다.
점용접 면적비가 변화함에 따라 진동에 미치는 영향을 살펴보기 위해서 3종류의 형상비(r) 1.0, 1.5, 2.0에 대해 5종류의 면적비 0(non-SW;NSW), 0.0113( Irow), 0.0226(2row), 0.0339 (3row), 0.0452 (4row)를 조합한 총 15가지의 모델과 등가 두께 산출의 기준이 되는 두께가 lmm(lt), 2mm(2t)인 평판을 함께 사용하였다. 여기서 형상비(r)는 사각평판의 폭에 대한 길이의 비로써 r=a)이고, 면적비(乌)는 사각평판의 면적에 대한 총 점용접 면적의 비로써 나타내면
신호증폭장치로는 2채널 증폭기를 사용하여 입 . 출력신호를 증폭하였고, 신호처리장치로는 4채널 펄스를 사용하여 입력받은 두 신호를 고속 퓨리에 변환시킨 스펙트럼 값인 가진 점에서의 충격 가진력과 응답점에서의 복소진폭의 크기 비로 전달함수를 계산하였다. 창함수는 가속도계 변환기의 경우 지수함수, 충격망치의 경우 전달함수를 사용하였으며, Fig.
해석에 사용된 요소는 각 절점에서 세 개의 병진자유도(Ux, Uy, Uz)를 갖는 8절점 육면체요소를 사용하여 한변의 길이가 3mm보다 작게 되도록 모델링하였으며, Fig. 2에 면적비(4乂4) 에 대한 메시된 형상을 나타내었다.

대상 데이터

신호출력장치로는 모달용 가속도계 변환기를 사용하였고, 신호 입력장치로는 힘 변환기가 내장되어 있는 충격망치를 사용하였다. 신호증폭장치로는 2채널 증폭기를 사용하여 입 .
연구에 사용되는 사각평판의 재질은 연강으로써 두께가 1mm인 평판을 점용접을 이용하여 결합한 겹판으로 폭은 100 mm이고 길이는 형상비에 따라 각각 100am, 150mm, 200mm 이다. 재료와 물성치는 Table 1에 나타내었고, KS B 0880의 최소 용접 피치를 고려하면 평판의 두께가 1mm일 때 최소용접 피치는 15mm이상, 최소가장자리간격은 7.

데이터처리

수치해석에는 범용유한요소해 석 프로그램인 ANSYS 5.6을 사용하였고, 실험에는 B&K Data analyzer를 통하여 주파수분석을 수행하였다.

성능/효과

1. 실험을 통하여 유한요소해석의 결과를 비교하면, 면적 비의 法의 경우를 제외하고, 1차는 4% 이내, 2차는 7% 이내의 오차를 보였으며, 거리비의 경우 1차 모드는 0.2를 제외하고 2% 이내, 2차는 7%이내의 오차를 보임으로써 해석 결과를 충분히 신뢰할 수 있음을 알 수 있었다.
2. 형상비가 증가할수록 면적비에 따른 등가두께는 1줄 배열일 때 점점 감소하였고, 2줄, 3줄, 4줄 배열은 점점 증가하다가 각각 L42, 1.47, 1.55에 수렴하였으며, 면적비가 증가할수록 등가두께 증가폭은 2줄 배열일 때가 가장 크게 나타났으며 3줄 이상이 되면 현저히 줄어들었다.
3. 형상비가 증가할수록 거리비에 따른 등가두께는 모두 감소하는 경향을 보였으며, 각각의 형상비에서 거리비가 0.4 까지 증가하였다가 감소하였다. 두께효과는 거리비가 0.
4. 모드형상은 1차와 4차 모드는 모두 같은 경향을 보였고, 2차와 3차 모드는 점용접 형태에 따라 다르게 나타났다. 즉, 등가두께가 1.
5 이상이 되는 면적비 ra=0.0452°! 경우에 진동에 효과적이었으며, 면적비와 관계없이 등 간격으로 점용접을 행할 때 진동에 효과적임을 알 수 있다.
4 까지 증가하였다가 감소하였다. 두께효과는 거리비가 0.4 일 때 각각 L21, 1.17, 1.13으로 가장 크게 나타났으며, 거리비가 0.7이상이 되면 점용접의 효과는 거의 없는 것으로 나타났다.
등가두께는 형상비가 증가함에 따라 일정하게 감소하였고, 거리비가 증가함에 따라 형상비와 관계없이 모두 以=0.4까지는 증가하였다가 감소하는 '경향을 보였으며, 거리비가 0.4일 때, 각각 1.21, 1.17, 1.13으로써 가장 높은 값을 보였고, .거리비가 0.
55에 수렴하였다. 면적비가 커짐에 따른 증가폭은 2줄 배열일 때가 가장 크게 나타났으며, 면적비가 더 증가할수록 현저히 줄어들었다.
2를 제외하고 2% 이내, 2차 모드에서는 7% 이내의 오차를 보였다. 이를 통해볼 때, 본 연구에서 유한요소해석의 결과를 충분히 신뢰할 수 있음을 알 수 있다.

참고문헌 (8)

X. Deng, W. Chen, and G. Shi, 'Three- Dimensional Finite Element Analysis of the Mechanical Behavior of Spot Welds,' Finite Elements in Analysis & Design, Vol. 35, pp. 17-39, 2000

상세보기
Demeter G. Gertis and Chin T. Lee, 'Elastic and Inelastic Analysis of Vibriable Thickness Plates, Using Equivalent System,' Mech. Struct. & Mach., Vol. 12, No. 2, pp. 201-236, 1993
서승일, 이재호, 장상길, 차병우, '점용접시 압흔 깊이 감소를 위한 최적용접조건 선정에 관한 연구,' 대한용접학회지, 제14권, 제2호, 1996

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이현철, 심재준, 안성찬, 한근조, '점용접된 구조물의 좌굴 하중해석,' 한국항만학회지, 제14권, 제1호, pp. 87-95, 2000

원문보기 상세보기
D. Mohan and H. B. Kingsbury, 'Free Vibration of Generally Orthotropic Plates,' J. of Acoustical Society of America, Vol. 50, pp. 266-269, 1971

상세보기
Osama K. Bedair and M. S. Troitsky, 'A Study of the Fundamental Frequency Characteristics of Eccentrically and Concentrically Simply Supported Stiffened Plates,' Int. J. Mech. Sci., Vol. 39, No. 11, pp. 1257-1272, 1997

상세보기
S. P. Timoshenko and S. Woinowsky-Krieger, 'Theory of Plates and Shells,' McGraw-Hill, pp. 319-347, 1959
A. C. Ugral, 'Stresses in Plates and Shells,' McGraw Hill, pp. 90-95, 1981

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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