[논문]충격하중에 의한 암석의 동적거동 측정시험장치

박철환; 박의섭

충격하중에 의한 암석의 동적거동 측정시험장치
SHPB Tests for Rock Dynamic Behavior by Shock Loading 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.20 no.5 = no.88, 2010년, pp.318 - 324

박철환 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부) , 박의섭 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부)

초록
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발파나 지진과 같은 충격하중에 의한 재료의 동적특성이 최근 들어 지상 및 지하구조물의 설계에 주목받고 있다. 측정장비의 발달에 힘입어 수백 ${\mu}$-sec에서 파괴가 진행되는 동안에 발생하는 응력과 변형률의 완전한 이력곡선을 얻을 수 있다. SHPB는 암석의 동적거동을 연구하는데 보편적이며 믿을만한 실험장치로 인식되고 있으며, 이 장치에 의한 동적 압축이나 인장강도시험은 조만간 표준시험법으로 제정될 예정이다. 본 보고서는 종래의 사각형 입사파의 단점을 없애기 위하여 사인형태의 응력파를 생성할 수 있는 특별한 모양의 충격자를 고안한 논문을 소개한 것이다. 이 논문은 사인형태의 입사파에 대한 장점을 설명하고 또한 동하중에 대한 암석의 크기효과를 설명하고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Dynamic properties of materials by shock loads such as rock blasting and earthquake are recently attracted in the design of aboveground and underground structures. The advance of measuring devices enables to obtain the whole histories of stress and strain in rock specimen of which the failure is completed in several hundred microseconds. The SHPB has been a popular and promising technique to study the dynamic behavior of rock. And the dynamic compressive, tensile and other test with this experiment system are planned to be Suggested Methods of ISRM. This technical paper is to introduced one study article which focuses the design of 3S (special shaped striker) to produce the half-sine wave to eliminate the problems of the rectangular wave. This article is also describing the advantage of half-sine incident wave and size effect of rock dynamic strength.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 충격자와 발생되는 half-sine 응력파의 장점으로 인하여 사각형 파와 비교하여 시험도 발전하였다. 3S 충격자에 의한 시험결과를 소개하였으며, 이의 새로운 개발방안도 제시되었다.
국내에서도 이와 같은 시험이 보고된 바 있어(조상호 외, 2008 및 2009), SHPB에 의한 동적특성연구는 앞으로 많은 발전이 기대되는 분야이다. 본 기술보고는 국내에서 암석의 동적특성에 관한 시험이 활성화되기를 기대하며, SHPB에 의한 여러 연구 가운데 장치의 개발에 관한 연구를 소개한 것이다. 원전은 SHPB 연구를 10여년 수행한 중국 湖南省長沙에 위치한 中南大學의 Xibing Li 교수(xbli@mail.
이러한 차별 때문에 특수한 형태를 가진 충격자를 만든다면 half-sine 파를 발생할 수 있을 것이라는 것을 착안하게 되었다. 이러한 목적으로 저자들은 Impact Discrete Inverse Theory를 개발하였다. 이 이론은 파형을 원하는 형태로 생성할 수 있는 충격자의 2차원 형상을 제공할 수 있는 것이다.

가설 설정

(b) 시험편 내에서의 응력은 균일하다.
(b) 응력이 평형상태에 도달하기도 전에 조기에 파괴가 발생한다.
(c) 시험편의 관성효과 및 시험편과 금속봉 사이의 마찰은 무시된다.
(c) 입사파의 진폭이 매우 크다.

제안 방법

본 연구에서는 3S방법으로 충격자를 고안하였으며, 이를 사용하여 SHPB 장치의 발전을 이루었다. 이러한 충격자와 발생되는 half-sine 응력파의 장점으로 인하여 사각형 파와 비교하여 시험도 발전하였다.
본 연구에서는 half-sine 형태의 응력파 개념과 특수형태의 충격자 설계, 적용시험 등등을 포함하여 3S (Special Shaped Striker) 방법이 공들어 고안되었다. 더 나아가 심부지하 건설사업의 암석역학 분야의 연구를 수행하기 위하여 SHPB 장치의 발전상이 소개될 것이다.

대상 데이터

원전은 SHPB 연구를 10여년 수행한 중국 湖南省長沙에 위치한 中南大學의 Xibing Li 교수(xbli@mail.csu.edu.cn)의 주도로 국제 암반공학회의 소식지(ISRM News Journal V.12, 2009)에 게재된 “Large Diameter SHPB Tests with a Special Shaped Striker” 제목의 보고서이다(이상 譯者註).

성능/효과

사인파는 균일한 응력분포를 보이고 있어 이의 장점을 다시 보여주는 결과이다. 사인형태가 아닌 사각형이나 삼각형과 같이 다른 형태의 입사파에서는 분산으로 인하여 봉의 단면에 균일한 응력분포를 기대할 수 없다는 것이 확인되었다.

후속연구

본 연구에서는 half-sine 형태의 응력파 개념과 특수형태의 충격자 설계, 적용시험 등등을 포함하여 3S (Special Shaped Striker) 방법이 공들어 고안되었다. 더 나아가 심부지하 건설사업의 암석역학 분야의 연구를 수행하기 위하여 SHPB 장치의 발전상이 소개될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근에 지상이나 지하의 구조물을 건설하는데 어떤 특성이 주목 받는가?	최근에 지상이나 지하의 구조물을 건설하는데 재료의 동적특성이 주목 받고 있다. 구조물에 작용하는 동하중은 주변의 발파작업과 같은 소규모 진동과 지진과 같은 대규모 진동이 대표적이다.
	구조물에 작용하는 동하중은 어떤 것이 대표적인가?	최근에 지상이나 지하의 구조물을 건설하는데 재료의 동적특성이 주목 받고 있다. 구조물에 작용하는 동하중은 주변의 발파작업과 같은 소규모 진동과 지진과 같은 대규모 진동이 대표적이다. 원자력폐기물 처분장이나 에너지 비축시설과 같은 사회간접자본의 지하시설물 및 해저시설물은 이의 중요성에 의하여 장기안정성과 함께 내진설계가 요구되고 있다.
	SHPB 시험에 적용되는 세가지의 기본적 가정은?	(a) 금속봉 내에서 응력파의 전파는 1차원적 파동이론으로 설명된다. (b) 시험편 내에서의 응력은 균일하다. (c) 시험편의 관성효과 및 시험편과 금속봉 사이의 마찰은 무시된다.

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