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문제 정의
- 하지만 10°인 경우는 같은 낙하높이에서도 값의 차이가 상당히 난다. 이러한 불확실성은 차후 정량적으로 다루고자 한다.
제안 방법
- 낙하실험은 동일한 높이에서 6회씩 반복 실시하였다. Fig.
- 본 연구에서는 0°와 10°의 경사각을 갖는 쐐기 모델을 제작하여 자유낙하실험을 반복적으로 수행하였다.
- 본 연구에서는 최대충격압력 뿐만 아니라 다른 압력 정보를 얻기 위해서 0°와 10°의 선저경사각을 갖는 2차원 쐐기 모델을 제작하여 자유낙하실험을 반복적으로 수행하였다.
- 가이드 봉 사이에 모델을 잡아 줄 수 있는 연결부를 만들어 모델의 탈, 부착을 용이하게 하였다. 쐐기 모델을 낙하시키기 위한 전자석을 연결부 중앙에 설치하였고 모델을 손쉽게 들 수 있도록 감속기를 설치하였다.
- 압력의 최대값, 계측된 압력의 이력으로부터 얻은 최대압력부의 지속시간, 최대 압력부의 충격량, 압력계수 그리고 10° 모델의 경우는 최대압력 발생점의 이동속도와 평균과 COV를 구하여 정리하였다.
대상 데이터
- Trimming Tank의 폭은 2170mm 수심 1000mm이고 최대 낙하높이는 500mm로 100mm 부터 100mm 씩 증가하면서 실험을 실시하였다. 강체라는 조건으로 실험을 하기 위해 모델 밑면의 두께를 두껍게 하였고 재질은 나무를 사용하였다. Fig.
- 본 실험은 울산대학교 해양공학광폭수조 Trimming Tank에서 실시하였다. 쐐기 모델 낙하장치는 4개의 핸들을 이용하여 수평과 수직 방향으로 제어할 수 있다.
- 사용한 스트레인게이지 타입의 압력센서는 SHOWA사의 MPA-500KPA 제품이며 계측 최대압력은 500kPa 이고, 가속도센서의 최대 계측 가속도는 ±49.05m/s2(5g에 해당)이다.
- 4에서 보여주고 있는 전자석을 이용하였다. 이 전자석은 지름이 80mm, 높이 60mm이며, 최대 지지력은 330kgf이다.
데이터처리
- 반복 실험의 결과로 얻어진 최대충격압력, 최대압력부의 지속시간과 최대압력의 이동속도(10°쐐기의 경우) 등의 평균뿐만 아니라 이들의 분산정도(COV: Coefficient of variation)도 정리하였다.
- 본 연구에서는 최대충격압력 뿐만 아니라 다른 압력 정보를 얻기 위해서 0°와 10°의 선저경사각을 갖는 2차원 쐐기 모델을 제작하여 자유낙하실험을 반복적으로 수행하였다. 실험의 정도는 기존의 실험 결과와의 비교를 통해 검증하면서 수행하였다.
- 본 연구에서는 0°와 10°의 경사각을 갖는 쐐기 모델을 제작하여 자유낙하실험을 반복적으로 수행하였다. 실험의 정도는 기존의 실험 결과와의 비교를 통해 검증하였다. 반복 실험의 결과로 얻어진 최대충격압력, 최대압력부의 지속시간과 최대압력의 이동속도(10°쐐기의 경우) 등의 평균뿐만 아니라 이들의 분산정도(COV: Coefficient of variation)도 정리하였다.
성능/효과
- (b)와 같이 낙하 높이가 증가할수록 점점 시간이 줄어드는 것을 볼 수가 있었다.
- 1) 평판인 0° 모델의 경우 최대압력의 COV가 1.4 - 6.5 %로 분산이 그리 크지 않으나, 10° 모델의 경우는 COV가 최대 17.2 %가 된다.
- 2) 낙하높이가 증가할수록 최대압력은 증가하였지만 최대압력부의 지속시간은 점점 감소하였다. 최대압력의 감소폭보다 최대압력의 증가량이 크기 때문에 충격량은 낙하높이에 따라 증가하는 결과를 얻었다.
- 3) 0° 모델의 경우는 압력계수가 30 - 40의 범위이고, 10° 모델의 경우는 중앙선 부근에서 50 전후의 값이지만 중앙부에서 멀어지면 30 정도가 된다.
- 4) 10° 모델에 있어 최대압력 발생위치의 이동속도는 낙하높이가 증가할수록 커지지만 이 값의 COV는 1-3% 정도로 다른 값의 경우에 비해 상당히 작다.
- 이는 입수할 때 실험 모델이 거의 수평을 이루면서 떨어지는 것을 나타낸다. 4개의 지점으로부터 계측된 최대충격압력들이 가속도가 급격히 변하는 시점에서 동시에 발생하는 것으로 판단할 때 모든 계측장비가 제대로 작동함을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서 수행된 낙하실험에서 사용된 실험 장치와 계측장비가 제 역할을 잘 하고 있다고 판단된다.
- 4개의 지점으로부터 계측된 최대충격압력들이 가속도가 급격히 변하는 시점에서 동시에 발생하는 것으로 판단할 때 모든 계측장비가 제대로 작동함을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서 수행된 낙하실험에서 사용된 실험 장치와 계측장비가 제 역할을 잘 하고 있다고 판단된다.
후속연구
- 앞으로 충격압력을 받는 구조물의 탄소성 거동이 충격압력에 미치는 영향, 모델이 횡경사각을 갖고 낙하되는 경우, 횡경사각의 영향 등에 관한 연구가 추가로 수행될 필요가 있다. 또한 보다 실제적인 문제 접근을 위해서 실제 구조물의 고유진동주기와 최대압력 폭 사이의 상관관계에 대한 연구를 바탕으로 한 구조설계기법의 지속적인 개발이 필요하다.
- 본 연구를 통해 얻은 결과는 앞으로 충격압력을 고려한 구조설계기법 개발에 많은 도움이 되리라 판단된다. 앞으로 충격압력을 받는 구조물의 탄소성 거동이 충격압력에 미치는 영향, 모델이 횡경사각을 갖고 낙하되는 경우, 횡경사각의 영향 등에 관한 연구가 추가로 수행될 필요가 있다.
- 본 연구를 통해 얻은 결과는 앞으로 충격압력을 고려한 구조설계기법 개발에 많은 도움이 되리라 판단된다. 앞으로 충격압력을 받는 구조물의 탄소성 거동이 충격압력에 미치는 영향, 모델이 횡경사각을 갖고 낙하되는 경우, 횡경사각의 영향 등에 관한 연구가 추가로 수행될 필요가 있다. 또한 보다 실제적인 문제 접근을 위해서 실제 구조물의 고유진동주기와 최대압력 폭 사이의 상관관계에 대한 연구를 바탕으로 한 구조설계기법의 지속적인 개발이 필요하다.
- COV는 다른 값의 경우보다 상당히 작아 1-3% 정도가 된다. 이 자료는 슬래밍에 의한 충격하중을 받는 구조물의 보다 엄밀한 동적해석에 활용될 수 있다.
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