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안전헬멧의 응력 및 변형거동에 관한 유한요소해석
Finite Element Analysis on the Stress and Deformation Behaviors of a Safety Helmet 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.13 no.4, 2009년, pp.27 - 32  

김청균 (홍익대학교 트리보메카.에너지기술 연구센터)

초록
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본 본문에서는 헬멧의 정상부에 별도로 보강뼈대를 설치하지 않은 경우에 헬멧의 두께를 변수로 헬멧 구조물에 걸리는 응력과 변형거동 특성을 유한요소법으로 해석하였다. 헬멧은 현장 작업자의 안전성과 충격에너지 흡수력을 높일 수 있도록 제작해야 하고, 헬멧을 오랫동안 착용해도 불편함이 없어야 하며, 또한 머리와 목을 보호할 수 있어야 한다. FEM 해석결과에 의하면, 외부의 충격력이 헬멧의 꼭대기에 가해졌을 때 헬멧에 작용하는 최대응력과 최대변형은 하중이 작용하는 지점에서 발생하고, 최대응력은 헬멧모체 구조물의 초기파손을 일으키는 원인으로 작용하는 것으로 나타났다. 헬멧의 두께를 4mm에서 2mm로 줄이면, 충격에너지 흡수율은 급격하게 증가하지만 헬멧에 작용하는 최대응력은 열가소성 소재의 인장강도 54.3MPa을 많이 초과하므로 파손되었다할 수 있다. 따라서 헬멧의 강도안전을 확보하기 위해서는 헬멧의 정상부에 보강뼈대를 설치하는 것이 바람직하고, 헬멧모체 구조물의 두께를 보다 두껍게 설계할 필요가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the stress and deformation behaviors using the finite element method as a function of the thickness of the helmets without the bead frames on the top of the shell structure. The helmet that would provide head and neck protections without causing discomfort to the user when it was...

주제어

#safety helmet   #strength safety   #stress   #strain   #fem   #bead frame  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 안전헬멧의 강도안전을 확보할 수 있는 응력 및 변형거동에 대한 수치해석 기반연구를 수행하고자 한다. 사람들이 헬멧을 사용하는 첫 번째 목적은 강도안전을 확보하여 사람의 머리를 보호하자는 것으로 유한요소해석을 통한 헬멧의 응력분포 및 변형거동에 대한 안전성을 기존의 헬멧을 중심으로 고찰하고자 한다.
  • 본 연구에서는 안전헬멧의 강도안전을 확보할 수 있는 응력 및 변형거동에 대한 수치해석 기반연구를 수행하고자 한다. 사람들이 헬멧을 사용하는 첫 번째 목적은 강도안전을 확보하여 사람의 머리를 보호하자는 것으로 유한요소해석을 통한 헬멧의 응력분포 및 변형거동에 대한 안전성을 기존의 헬멧을 중심으로 고찰하고자 한다.

가설 설정

  • 헬멧에 가해지는 충격하중은 Fig. 3처럼 헬멧의 모체 정상부에 작용한다고 가정하였고, 헬멧에 걸리는 응력과 변형조건을 두께의 변화에 따라 안전성을 검토하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가스폭발이나 화재발생 같은 위험한 환경에서 작업을 수행해야 하는 경우 직접적인 개인안전 용품에는 어떤 것이 있는가? 가스폭발이나 화재발생과 같은 위험한 환경에서 작업을 수행해야 하는 가스기술자나 소방관이 갖추어야 하는 직접적인 개인안전 용품에는 머리에 쓰는 헬멧을 비롯하여 안전화 또는 방화복, 안전장갑 등이 있고, 간접적인 안전장비로는 무전기, 온도감지 장치, 위치추적 장치, 영상정보 장치, 헤드 램프 등이 있다.
가스폭발이나 화재발생 같은 위험한 환경에서 작업을 수행해야 하는 경우 간접적인 안전장비에는 어떤 것이 있는가? 가스폭발이나 화재발생과 같은 위험한 환경에서 작업을 수행해야 하는 가스기술자나 소방관이 갖추어야 하는 직접적인 개인안전 용품에는 머리에 쓰는 헬멧을 비롯하여 안전화 또는 방화복, 안전장갑 등이 있고, 간접적인 안전장비로는 무전기, 온도감지 장치, 위치추적 장치, 영상정보 장치, 헤드 램프 등이 있다.
헬멧모체의 내면에 붙이는 부품인 충격흡수재는 어떤 것으로 사용하는가? 충격흡수재는 헬멧에 충격력이 가해질 때 헬멧 착용자의 머리나 목 부위로 전달되는 충격에너지를 완화하기 위해 헬멧모체의 내면에 붙이는 부품으로 다양하게 개발되어 있다. 따라서 충격흡수재는 가벼우면서 에너지 흡수효과가 높은 고탄성 수지를 사용하는 것이 일반적이다.
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참고문헌 (4)

  1. 소방용헬멧 규격서, 행정안전부 제정, (2001. 9. 29) 

  2. NFPA standards 1971-2000, National Fire Protection Association. (2007) 

  3. 한응교, 엄기원, 박준서, 이성우, "소방 안전모의 안전도 평가에 관한 연구", 한국화재학회지, Vol. 5, No. 3, pp.5-14(1991. 11.). 

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  4. "MARC user's manual," Ver. K6.1, MARC Analysis Research Co., (1996) 

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