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논문 상세정보

정상 돌출부를 갖는 안전모의 강도 안전성에 관한 연구

A Study on the Strength of the Helmets with a Lobe in the Summit

초록

본 연구에서는 안전모 쉘 구조물의 정상부에 돌출부를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대해, 안전모의 두께를 변수로 응력과 변위거동 안전성을 유한요소법으로 해석하였다. 안전모는 오랫동안 착용해도 안전성을 높여주고, 충격에너지를 흡수하여 착용상의 불편함을 줄여주며, 머리와 목 부분을 보호할 수 있어야 한다. 응력해석결과에 의하면, 4,540N의 충격력이 안전모의 정상부 표면에 가해졌을 때 기존의 안전모에서는 3.7mm, 수정된 새로운 안전모에서는 3.2mm의 두께를 확보해야 안전하다는 것을 보여주고 있다. 변형거동 해석에 기초한 FEM 해석결과에 의하면, 기존의 안전모에서는 3.2mm, 수정된 새로운 안전모에서는 2.0mm의 두께를 유지해야 안전한 것으로 나타났다. 따라서, 안전모를 안전하게 설계하기 위해서는 안전모의 정상부에 돌출 구조물을 설치하는 것이 좀 더 안전하다할 수 있다.

Abstract

This paper presents the strength safety of stress and deformation behaviors using the finite element method as a function of the thickness of the protective helmets with and without an extruder 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 worn for long periods of time should be manufactured for increasing the safety and impact energy absorption. The stress analyzed results show that when the impulsive force of 4,540N is applied on the top surface of a helmet, the safe thickness is 3.7mm for the conventional helmet and 3.2mm for the modified new helmet. Based on the deformation analysis, the FEM results recommend that the safe thickness is 3.2mm for the conventional helmet and 2.0mm for the modified new helmet. Thus, it may be more safe design of the helmet, which has an extruded structure on the summit surface of the helmet.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
안전모
안전모란 무엇인가?
낙하하는 물체로부터 머리를 보호하고, 또한 머리나 목 부분에 전달되는 충격 에너지를 완화하여 안전모 착용자의 안전을 확보하기 위한 일종의 머리 보호장치

안전모는 낙하하는 물체로부터 머리를 보호하고, 또한 머리나 목 부분에 전달되는 충격 에너지를 완화하여 안전모 착용자의 안전을 확보하기 위한 일종의 머리 보호장치이다. 따라서 가스산업을 비롯한 모든 산업체에서 근무하는 작업자는 안전모 착용을 의무화하고 있다.

안전모의 두께
안전모의 두께를 두껍게 하는 것이 지양되는 이유는 무엇인가?
이것은 안전모를 무겁게 하여 착용자는 중압감과 피로감을 더 느끼기 때문에 안 된다

기존에 사용되는 안전모의 강도를 보장하기 위해서는 안전모의 두께를 두껍게 하면 되지만, 이것은 안전모를 무겁게 하여 착용자는 중압감과 피로감을 더 느끼기 때문에 안 된다. 따라서 최근의 안전모는 안전성은 강화하고, 무게를 줄이기 위해 안전모 정상부의 두께는 두껍게 하고, 그 나머지 부분은 얇게 하는 기술을 적용하고 있다.

돌출구조물을 갖는 안전모
돌출구조물을 갖는 안전모의 강도 안전성에 대한 시뮬레이션 결과는 어떠한가?
FEM 해석결과에 의하면, 기존의 안전모보다는 정상지역에 돌출 구조물을 설치하는 것이 강도 안전성과 경량화 측면에서 유리함을 알 수 있다. 즉, 본 연구에서 사용한 PC+ABS 소재의 항복강도 안전성을 고려할 때 기존의 안전모에서는 3.7mm, 정상지역에 돌출부를 설치한 새로운 안전모에서는 3.3mm 정도로 설계하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.또한, 안전모의 강도 안전성을 변형거동 측면에서 고찰하면, 기존의 안전모에서는 3.2mm, 정상부에 돌출부를 갖도록 형성된 새로운 안전모에서는 2.0mm 이상으로 설계하는 것이 바람직하다는 데이터를 제시한다

FEM 해석결과에 의하면, 기존의 안전모보다는 정상지역에 돌출 구조물을 설치하는 것이 강도 안전성과 경량화 측면에서 유리함을 알 수 있다. 즉, 본 연구에서 사용한 PC+ABS 소재의 항복강도 안전성을 고려할 때 기존의 안전모에서는 3.7mm, 정상지역에 돌출부를 설치한 새로운 안전모에서는 3.3mm 정도로 설계하는 것이 바람직함을 알 수 있었다. 또한, 안전모의 강도 안전성을 변형거동 측면에서 고찰하면, 기존의 안전모에서는 3.2mm, 정상부에 돌출부를 갖도록 형성된 새로운 안전모에서는 2.0mm 이상으로 설계하는 것이 바람직하다는 데이터를 제시한다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (5)

  1. Chung Kyun Kim and Do Hyun Kim, "Numerical Study on the Strength Safety and Displacement Behaviors of a Helmet," J. of the KIGAS, 12(4), 34-40, (2008) 
  2. Chung Kyun Kim, "On the Damping Effects of Helmet Safety with a Corrugation Damper using Taguchi's Optimization Design," J. of the KIGAS, 12(4), 41-45, (2008) 
  3. "MARC user's manual," Ver. K6.1, MARC Analysis Research Co., (1996) 
  4. Protective helmets standard, MOEL, (1997. 12. 29) 
  5. NFPA standards 1971-2000, National Fire Protection Association, (2007) 

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