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가설 설정
- 식(3), (4)에 대한 파라미터 해석은 질량비에 따른 1차 주파수비 관점에서 수행 하였다. 혼합된 감쇠비는 구조감쇠로 정의 하였으며 0.005로 가정하였다. 현재 운용 중인 한국형 전차의 포신과 차열관의 질량비는 전차의 운용 및 포신의 회전 및 고각 운동에서 발생하는 관성력을 고려하여 2 % 이내로 설계되어 있다.
제안 방법
- DTS 축소모델 구성품에 대한 고유진동수 및 감쇠비를 구하기 위해서 차열관 및 포신에 대한 모달 실험(modal experiment)을 수행하였다. 실험 방법은 포신 끝단으로부터 40 mm위치에 1.
- DTS 축소모델에 대한 실험은 임펙트 햄머를 이용한 모달(modal)실험을 수행하였다. 실험 방법은 크게 DTS 장착 유·무로 분류 하였으며, DTS 장착시 다양한 1차 주파수비에 대한 실험을 실시하기 위해서 판스프링의 사이즈를 변경하며 감쇠성능을 확인하였다.
- DTS 축소모델에 대한 파라미터 해석은 1차 주파수비 β1의 관점에서 수행하였다.
- 또한 판스프링을 집중질량이 부착된 외팔보로 모델링 할 것인지, 스프링으로 모델링 할 것인지에 대한 논의가 필요하다. 따라서 이 연구에서는 진동실험 결과로부터 해석적 결과와 비교하여 판스프링 모델을 결정하였다. Figs.
- 이 연구에서는 TMD(tuned mass damper), DTS(dynamically tuned shroud) 시스템을 모델링 하고 수치해석적 결과를 바탕으로 감쇠효과를 비교하였다. 또한 TMD는 전장환경에서 운용하는 전차 포신의 포구 끝단에 질량을 부착해야 하는 어려움이 있기 때문에, 이 연구에서는 DTS에 중점을 두었으며, DTS 시스템을 검증하기 위한 축소모델을 제작하여 감쇠성능을 비교하였다.
- 실험 방법은 크게 DTS 장착 유·무로 분류 하였으며, DTS 장착시 다양한 1차 주파수비에 대한 실험을 실시하기 위해서 판스프링의 사이즈를 변경하며 감쇠성능을 확인하였다.
- 실험 방법은 포신 끝단으로부터 40 mm위치에 1.5 gram 무게의 B&K사의 4516-001 Type 가속도센서를 부착하였으며, B&K 8206 Type의 임팩트 해머(impact hammer)를 사용하여 모달시험을 수행하였다.
- 1은 DTS 시스템의 개념도를 나타내고 있다. 이 연구에서는 TMD(tuned mass damper), DTS(dynamically tuned shroud) 시스템을 모델링 하고 수치해석적 결과를 바탕으로 감쇠효과를 비교하였다. 또한 TMD는 전장환경에서 운용하는 전차 포신의 포구 끝단에 질량을 부착해야 하는 어려움이 있기 때문에, 이 연구에서는 DTS에 중점을 두었으며, DTS 시스템을 검증하기 위한 축소모델을 제작하여 감쇠성능을 비교하였다.
- 이러한 잔류진동 문제를 해결하기 위해서, 이 연구에서는 TMD의 개념을 적용한 DTS 방법을 사용하여 포신의 잔류진동 감쇠에 대한 해석 및 실험적 결과를 비교·분석하였다.
- 이러한 잔류진동 문제를 해결하기 위해서, 이 연구에서는 TMD의 개념을 적용한 DTS 방법을 사용하여 포신의 잔류진동 감쇠에 대한 해석 및 실험적 결과를 비교·분석하였다. 포신에 가해지는 외란은 조화 가진력이 가해진다는 가정에서 감쇠에 대한 해석 및 실험을 진행하였다. 또한 동흡진기에 의해 포신의 공진점이 제거되고, 동흡진기에 의한 2자유도 포신 모델에 대해서 감쇠대역폭이 크고, 첨두치가 작은 감쇠결과에 대해 감쇠성능이 우수하다고 판단하였다.
- DTS는 포신에 장착된 차열관을 부가질량(additional mass)으로 사용하여 그 활용도를 높였으며, 판스프링의 양단은 포신과 차열관에 고정되어 에너지를 전달하는 매개체의 역할을 하고 있다. 포신에 부착된 DTS 감쇠성능을 확인하기 위해서 축소모델을 제작하였으며, 모달실험을 수행하여 DTS 감쇠성능을 확인하였다. 또한 DTS 성능실험 결과로 부터 판스프링의 해석적 모델을 확인할 수 있었다.
대상 데이터
- Table 1은 실험 방법에 따른 판스프링의 사이즈를 나타내고 있다. 판스프링의 재질은 알루미늄을 사용하였다.
데이터처리
- 실험 결과는 상용프로그램을 이용한 해석결과와 비교하였다. 실험 결과로부터 포신의 1차 고유진동 수는 21.
성능/효과
- 또한 DTS 성능실험 결과로 부터 판스프링의 해석적 모델을 확인할 수 있었다. DTS 축소모델에 대한 실험결과는 DTS 해석모델에 대한 주파수응답함수결과와 유사함을 알 수 있었다. 또한 실제모델에 적용시 포신의 무게에 비하여 차열관의 무게비는 2~3 % 수준이기 때문에, DTS 축소모델의 실험 결과에 비해 감쇠성능은 낮을 것으로 판단된다.
- 포신에 부착된 DTS 감쇠성능을 확인하기 위해서 축소모델을 제작하였으며, 모달실험을 수행하여 DTS 감쇠성능을 확인하였다. 또한 DTS 성능실험 결과로 부터 판스프링의 해석적 모델을 확인할 수 있었다. DTS 축소모델에 대한 실험결과는 DTS 해석모델에 대한 주파수응답함수결과와 유사함을 알 수 있었다.
- 포신에 가해지는 외란은 조화 가진력이 가해진다는 가정에서 감쇠에 대한 해석 및 실험을 진행하였다. 또한 동흡진기에 의해 포신의 공진점이 제거되고, 동흡진기에 의한 2자유도 포신 모델에 대해서 감쇠대역폭이 크고, 첨두치가 작은 감쇠결과에 대해 감쇠성능이 우수하다고 판단하였다.
- 또한 모달실험 결과로부터 첨두치방법(peak method)을 이용하여 포신과 차열관의 1차 모드감쇠비를 구하면, 포신의 모드감쇠비 ζb = 0.022, 차열관의 모드감쇠비ζs = 0.07이다.
- 이를 통해 DTS를 설계시, 차열관의 1/3의 질량은 판스프링에 집중질량으로 가해지고, 2/3는 포신의 지지점에 걸리는 것을 확인 하였다. 또한 판스프링은 단순한 스프링으로서 모델링이 가능함을 확인 할 수 있었다. Fig.
- 실험 결과는 상용프로그램을 이용한 해석결과와 비교하였다. 실험 결과로부터 포신의 1차 고유진동 수는 21.9 Hz(Ansys : 21.8 Hz)이고 차열관의 1차 고유진동수는 17.5 Hz(Ansys : 17.6 Hz)이다[Fig. 7]. 따라서 2차 주파수비 β2=0.
- 12는 동흡진기가 장착된 포신 모델에 대한 전달함수를 구하여 실험 결과와 유사한 결과를 가지는 1차 주파수비에 대한 그래프를 나타내고 있다. 실험 결과와 전달함수에 의한 해석 결과를 비교하여, 판 스프링의 모델을 추정한 결과 판 스프링은 Fig. 9(b)와 같이 모델링이 가능하며, Case 3의 판스프링의 강성계수는 328 N/m이며, 차열관 질량 119 g의 1/3이 판스프링의 집중질량으로 걸린다는 것을 알 수 있다. Case 1~5의 판스프링에 걸리는 집중질량은 4 0g이며, 그에 따른 설계된 주파수 ωa는 7.
- 11, 12를 비교하면 응답의 크기는 차이가 있지만, 포신 응답의 경향은 거의 비슷함을 알 수 있다. 이를 통해 DTS를 설계시, 차열관의 1/3의 질량은 판스프링에 집중질량으로 가해지고, 2/3는 포신의 지지점에 걸리는 것을 확인 하였다. 또한 판스프링은 단순한 스프링으로서 모델링이 가능함을 확인 할 수 있었다.
후속연구
- 또한 실제모델에 적용시 포신의 무게에 비하여 차열관의 무게비는 2~3 % 수준이기 때문에, DTS 축소모델의 실험 결과에 비해 감쇠성능은 낮을 것으로 판단된다. 추가적으로 감쇠성능을 향상시키기 위해서는 점탄성 재료(viscoelastic material)를 사용한 감쇠비 변화에 따른 감쇠성능에 대한 연구가 필요하다고 생각된다.
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