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문제 정의
- 7 낙구충격시험을 준용하여 610×610mm ± 3mm 크기로 하였다. 강구를 이용한 낙구충격시험으로 내충격시험을 실시할 경우 끝이 뾰족한 자갈에 의한 파괴를 묘사를 할 수 없기 때문에 본 연구에서는 다양한 끝 형상을 가진 낙하체를 제작하였다. 낙하체의 모양 및 무게는 Table 3에 정리하였다.
- 상기의 연구들은 압력변동에 의한 유리창의 파손 특성 및 자갈 비산 메커니즘 등에 관한 것이며, 비산된 자갈이 유리창을 파손시킬 때의 파손특성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 비산된 자갈에 의한 유리창 충격파손을 모사할 수 있는 시험방법을 개발하고, 유리의 종류에 따른 충격 파손 특성을 상호 비교하여 연구하고자 한다.
가설 설정
- 본 연구의 유리창 내충격시험은 자갈비산에 의한 외부충격이 유리창에 가해지기 것을 대상으로 했기 때문에, Fig. 1의 복합구조의 유리 중 외부접합유리에 대해서만 실시하는 것을 고려하였다. 시험은 외부 접합유리를 Fig.
제안 방법
- 2의 설비에 의해 자동으로 원하는 낙하높이에 도달한 후 전자석의 전원을 차단하여 자유낙하를 하게 된다. Table 2의 총 7가지 공시체와 Table 3의 6가지 종류의 낙하체에 대해서 시험을 실시하였고, 대표적인 유리에 대해서 표면을 보호하는 필름을 부착하여 효용성을 검증하는 시험도 수행하였다. 최종적으로 실제 자갈을 낙하시켜 내충격성시험을 실시하였다.
- 고속열차 객실 유리창 충격 파손 특성 비교 연구를 위한 시험방법을 결정하기 위해 유리의 충격시험에 관한 다양한 규격을 검토하였으며, 이를 Table 1에 나타내었다. 철도차량 안전기준에 관한 지침(국토해양부고시 제2010-637호)의 [별표 18] 철도차량용 창유리 안전 세부기준 및 이와 유사한 해외 규격인 Structural requirements for windscreens and windows on railway vehicles(GM/RT2456) 의 c3 Bodyside windows에서는 0.
- 고속열차 객실 유리창 타입에 따른 충격 파손 특성을 비교 연구하기 위하여 다양한 종류의 유리창 내충격시험 규격을 검토하였으며, 자갈 비산 특성과 유리별 충격 파손 특성을 고려하여 내충격시험을 실시하였다. 시험에 사용된 공시체는 외부충격면이 일반유리, 반강화유리, 강화유리로 된 7가지 조합의 접합유리로 구성하였으며, 낙하체는 팁 끝부분의 형상을 뾰족한 것에서부터 점점 뭉툭하게 변화시키면서 제작하였고, 마지막으로 강구에 대한 자유낙하시험을 실시하였다.
- 유리창 외부에서 충격이 가해질 때 주로 파괴되는 부분은 접합유리 중 외부 유리이므로 이 부분을 중심으로 일반유리(A, B, C타입), 반강화유리(D, E타입), 강화유리(F, G타입) 순으로 데이터를 정리하였다. 낙하체의 경우에는 끝이 뾰족한 것(SHARP), 끝 부분이 각각 5, 10, 15mm의 구가 부착된 것, 강구(SPHERE)로 분류하였다. 동일한 종류의 공시체에 대해 2회 이상 반복 시험이 실시되었으며, 이를 평균하여 파괴된 위치에너지를 구하였다.
- 다양한 끝의 형상을 가진 비슷한 무게의 낙하체를 이용하여 여러 가지 조합의 고속열차 객실 유리창에 대해 내충격 시험을 실시하였다. 시험결과는 낙하체의 무게에 따른 차이를 없애기 위하여 낙하높이를 낙하시의 위치에너지로 변환 하여 표시하였다.
- 낙하체의 경우에는 끝이 뾰족한 것(SHARP), 끝 부분이 각각 5, 10, 15mm의 구가 부착된 것, 강구(SPHERE)로 분류하였다. 동일한 종류의 공시체에 대해 2회 이상 반복 시험이 실시되었으며, 이를 평균하여 파괴된 위치에너지를 구하였다. 전체적으로 외부 충격을 받는 면이 일반유리, 반강화유리, 강화유리인 접합유리 모두 끝이 뾰족한 낙하체(SHARP)에 대해서는 낮은 위치에너지(0.
- 시험에 사용된 공시체는 외부충격면이 일반유리, 반강화유리, 강화유리로 된 7가지 조합의 접합유리로 구성하였으며, 낙하체는 팁 끝부분의 형상을 뾰족한 것에서부터 점점 뭉툭하게 변화시키면서 제작하였고, 마지막으로 강구에 대한 자유낙하시험을 실시하였다. 또한, 유리창 보호용 필름의 효과에 대해서도 검증하였다.
- 이상의 결과들을 바탕으로 실제 자갈을 이용하여 내충격 시험을 실시하였다. 시험 방법은 Fig. 8에 나타낸 무게 93 ~ 126g의 자갈들을 9.57m의 높이에서 서로 다른 종류의 유리창 공시체에 자유낙하시켜 파손되는 정도를 상호 비교하였다. 충격시의 자갈의 속도는 위치에너지가 운동에너지로 전부 바뀐다면 대략 13.
- 다양한 끝의 형상을 가진 비슷한 무게의 낙하체를 이용하여 여러 가지 조합의 고속열차 객실 유리창에 대해 내충격 시험을 실시하였다. 시험결과는 낙하체의 무게에 따른 차이를 없애기 위하여 낙하높이를 낙하시의 위치에너지로 변환 하여 표시하였다. 낙하높이와 위치에너지의 관계는 아래와 같다.
- 7m/s 정도로 계산된다. 시험에 사용된 공시체는 외부 충격면이 일반유리, 반강화유리, 강화유리의 3가지 종류에 대해 유리창 보호용 필름 작업이 된 것과 되지 않은 것을 비교 시험하였다.
- 고속열차 객실 유리창 타입에 따른 충격 파손 특성을 비교 연구하기 위하여 다양한 종류의 유리창 내충격시험 규격을 검토하였으며, 자갈 비산 특성과 유리별 충격 파손 특성을 고려하여 내충격시험을 실시하였다. 시험에 사용된 공시체는 외부충격면이 일반유리, 반강화유리, 강화유리로 된 7가지 조합의 접합유리로 구성하였으며, 낙하체는 팁 끝부분의 형상을 뾰족한 것에서부터 점점 뭉툭하게 변화시키면서 제작하였고, 마지막으로 강구에 대한 자유낙하시험을 실시하였다. 또한, 유리창 보호용 필름의 효과에 대해서도 검증하였다.
- 1의 복합구조의 유리 중 외부접합유리에 대해서만 실시하는 것을 고려하였다. 시험은 외부 접합유리를 Fig. 1의 오른쪽 그림처럼 상자 위에 공시체를 놓고 틀을 이용하여 고정하였으며 낙하높이를 조정하면서 낙하체를 자유낙하시키는 방법을 사용하였다. 낙하체의 대표적인 치수를 Fig.
- 실제 자갈을 충격면이 일반유리, 반강화유리, 강화유리인 3가지 종류의 공시체에 보호필름이 있는 것과 없는 것에 대해 9.57m 높이에서 자유낙하시켜 충격 파손 특성을 비교하였다. 3가지 공시체 모두에 대해서 보호필름이 적용되지 않았을 때는 파괴되었고, 보호필름을 적용하였을 경우에는 잘 파괴되지 않음을 확인할 수 있었다.
- 유리창 외부에서 충격이 가해질 때 주로 파괴되는 부분은 접합유리 중 외부 유리이므로 이 부분을 중심으로 일반유리(A, B, C타입), 반강화유리(D, E타입), 강화유리(F, G타입) 순으로 데이터를 정리하였다. 낙하체의 경우에는 끝이 뾰족한 것(SHARP), 끝 부분이 각각 5, 10, 15mm의 구가 부착된 것, 강구(SPHERE)로 분류하였다.
- 이상의 결과들을 바탕으로 실제 자갈을 이용하여 내충격 시험을 실시하였다. 시험 방법은 Fig.
- Table 2의 총 7가지 공시체와 Table 3의 6가지 종류의 낙하체에 대해서 시험을 실시하였고, 대표적인 유리에 대해서 표면을 보호하는 필름을 부착하여 효용성을 검증하는 시험도 수행하였다. 최종적으로 실제 자갈을 낙하시켜 내충격성시험을 실시하였다.
- 시험에 사용된 공시체의 조합을 Table 2에 나타내었다. 편의상 접합유리 중 충격 받는 면을 일반유리(Annealed glass), 반강화유리(Heat strengthened glass), 강화유리(Tempered glass)로 구분하였다. 현재 상용 KTX에서 사용되고 있는 외부 일반유리 6mm, 접합필름 0.
- 편의상 접합유리 중 충격 받는 면을 일반유리(Annealed glass), 반강화유리(Heat strengthened glass), 강화유리(Tempered glass)로 구분하였다. 현재 상용 KTX에서 사용되고 있는 외부 일반유리 6mm, 접합필름 0.76mm, 내부 일반유리 5mm 조합(A타입) 및 KTX-산천에서 사용되는 외부 강화유리 6mm, 접합필름 1.52mm, 내부 강화유리 5mm 조합(F타입)을 위주로 향후 상용운행에 투입될 예정인 KTX산천의 일반유리조합(B타입), 현재 두께 6mm인 비상창의 개선용으로 제안된 8mm 강화유리를 외부에 사용한 조합(G타입), 테스트용으로 제안된 일반유리 및 반강화유리 조합(C, D, E 타입) 등 총 7가지 종류에 대해 시험이 진행되었다. 공시체의 크기는 KS L 2004 : 2009 접합유리 중 7.
대상 데이터
- 공시체의 크기는 KS L 2004 : 2009 접합유리 중 7.7 낙구충격시험을 준용하여 610×610mm ± 3mm 크기로 하였다.
- 7에 나타내었다. 시험에 사용된 유리창 보호필름은 DEFENSEKOREA사에서 공급하는 GC-3 모델로 두께가 0.36mm이며 방탄용으로 사용되는 제품이다. Fig.
이론/모형
- 유리창 내충격시험 방법은 다양한 시험규격을 검토하여 KSL 2004 : 2009 접합유리 중 7.7 낙구충격시험을 준용하여 실시하였다. 시험설비는 Fig.
성능/효과
- 낮은 높이에서 끝이 뾰족한 낙하체로 내충격시험을 실시하였을 때 점으로 파괴되는 형상이 관찰되었는데(Fig. 4(a)), 이것까지 파괴로 규정할 때 데이터 처리가 쉽지 않았고, 이 정도의 점파괴 같은 경우에 상용 운행시 지장이 없을 것으로 사료되어 본 연구에서는 파괴되지 않았다고 정리하였다. 따라서, 내충격시험 데이터 처리에서는 일반유리의 경우 선파괴(Fig.
- 57m 높이에서 자유낙하시켜 충격 파손 특성을 비교하였다. 3가지 공시체 모두에 대해서 보호필름이 적용되지 않았을 때는 파괴되었고, 보호필름을 적용하였을 경우에는 잘 파괴되지 않음을 확인할 수 있었다.
- 05J)에서 유리창의 파괴가 발생하였다. 각각의 낙하체에 대해 유리창이 파괴되는 양상을 비교하면 끝이 뾰족한 낙하체의 경우 접촉면이 반강화유리일 경우가 일반유리나 강화유리에 비해 좀더 낮은 위치에너지에서 파괴되었고, 파괴되는 양상도 일반 유리의 경우 선 파괴가 조금씩 진행되는데 반해, 반강화유리의 경우에는 나선무늬처럼 전체적으로 진행되는 양상을 보였다. 이는 일반유리보다 유지보수 시 더 불리할 것으로 예상된다(Fig.
- 외부 충격면이 일반유리, 반강화유리, 강화유리 모두 팁 끝이 뾰족한 낙하체에 대해 낮은 높이에서도 파괴가 잘 일어났고, 파괴될 때의 양상은 일반유리의 경우 선 파괴가 부분적으로 발생하였고, 반강화유리의 경우 선 파괴가 전체적으로 발생하였으며, 강화유리의 경우 전체적으로 입자가 잘게 부숴지며 파괴되었다. 상기 3가지 종류의 유리에 대해 낙하체 팁 형상을 뾰족한 것에서부터 뭉툭한 것으로 변화시킬 때 더 높은 높이에서 파괴가 일어남을 알 수 있었고, 그 정도는 일반유리보다 강화유리가 팁 끝이 뭉툭한 낙하체에 대해 더 높은 강도를 가짐을 알 수 있었다. 팁 끝이 뾰족한 낙하체에 대해서는 반강화유리가 가장 약했으며, 일반유리나 강화유리는 비슷한 높이에서 파괴되었다.
- 외부 충격면이 일반유리, 반강화유리, 강화유리 모두 팁 끝이 뾰족한 낙하체에 대해 낮은 높이에서도 파괴가 잘 일어났고, 파괴될 때의 양상은 일반유리의 경우 선 파괴가 부분적으로 발생하였고, 반강화유리의 경우 선 파괴가 전체적으로 발생하였으며, 강화유리의 경우 전체적으로 입자가 잘게 부숴지며 파괴되었다. 상기 3가지 종류의 유리에 대해 낙하체 팁 형상을 뾰족한 것에서부터 뭉툭한 것으로 변화시킬 때 더 높은 높이에서 파괴가 일어남을 알 수 있었고, 그 정도는 일반유리보다 강화유리가 팁 끝이 뭉툭한 낙하체에 대해 더 높은 강도를 가짐을 알 수 있었다.
- 유리창 내충격시험 결과 끝이 뾰족한 낙하체에 대해서는 곡파괴가 아닌 집중응력파괴가 발생함을 확인할 수 있었고, 0.1m 정도의 낮은 높이에서도 유리면에는 충격에 의한 점이 형성되었다(Fig. 4(a)).
- 동일한 종류의 공시체에 대해 2회 이상 반복 시험이 실시되었으며, 이를 평균하여 파괴된 위치에너지를 구하였다. 전체적으로 외부 충격을 받는 면이 일반유리, 반강화유리, 강화유리인 접합유리 모두 끝이 뾰족한 낙하체(SHARP)에 대해서는 낮은 위치에너지(0.21 ~ 0.68J)에서 파괴되었다. 그리고, 끝이 조금씩 뭉툭해질수록(5, 10, 15mm 강구 팁을 부착하였을 때) 파괴되는 위치에너지가 커졌으며, 강구(SPHERE)로 시험을 실시하였을 경우에 끝이 뾰족한 낙하체에 비해 상당히 높은 위치에너지(8.
- 일반유리, 반강화 유리, 강화유리 모두에 대해서 유리창 보호필름을 적용 하지 않았을 때 모두 파괴되었다. 파괴된 형상을 관찰하니 파괴되는 양상은 집중응력파괴와 곡파괴가 동시에 일어나는 것으로 사료되었다. 파괴되는 위치에너지는 앞 절에서 강구로 시험했을 때 보다 낮았는데 이는 자갈의 뾰족한 부분에 의해 파괴가 더 잘 되기 때문으로 사료된다.
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