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논문 상세정보

가스산업용 안전모의 내충격 안전성에 관한 연구

A Study on the Anti-impulsive Strength of the Helmets for a Gas Industry

초록

본 연구에서는 안전모 쉘 구조물의 정상부에 돌출부를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대해, 안전모의 두께와 하중면적을 변수로 변형률 에너지 밀도, 응력, 변위거동을 유한요소법으로 해석하였다. 변형률 에너지 밀도는 안전모로 전달되는 충격에너지 전달을 흡수하는 성능을 나타내는 변수로 안전모의 안전성을 고찰하는 중요한 요소 중의 하나이다. 유한요소 해석 결과에 의하면, 4,540N의 충격력이 안전모의 정상부 표면에 가해질 때 충격하중을 받는 하중면적이 증가할수록 최대응력은 선형적으로 줄어든다. 그러나, 최대 변형률 에너지 밀도는 하중면적이 증가할수록 커지는 것으로 나타났다. 변형률 에너지 밀도가 줄어들면, 안전모 착용자의 머리와 목 부분으로 전달되는 충격력은 줄어드는 것으로 나타났으며, 이것은 안전모의 충격에너지 흡수 안전성을 약화시키는 요인이 될 수 있다. 따라서, 안전모의 안전한 설계를 위해서는 정상부에 돌출 구조물을 설치하는 것이 좋지만, 이러한 수정 안전모는 충격에너지 흡수성능 측면에서는 불리함을 알 수 있다.

Abstract

In this study, the strain energy density, stress and deformation behaviors have been analyzed as functions of a thickness and a force area of protective helmets with and without an extruder on the top of the shell structure using the finite element method. The strain energy density in which is related to the absorption capacity of an impact energy transfer is one of a key element of the helmet safety. The FEM analyzed results show that when the impulsive force of 4,540N is applied on the top surface of the helmets, the maximum stress is linearly reduced for an increased area of impact forces. But, the maximum strain energy density has been reduced for the increased force area. The reduced strain energy density may increase the impulsive forces transferred to the head and neck of helmet wearers, which may decrease the impact energy absorption safety of the helmets. In thus, it is safer design of the helmet in which has an extruded structure on the summit surface, but the modified helmet may decrease the impact energy absorption capacity.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
최소한의 안전기준을 만족한 안전모
최소한의 안전기준을 만족한 안전모보다 안정성을 충분히 갖춘 안전모를 사용하는 것은 왜 중요한가?
산업재해를 줄이기 위해서는 최소기준을 만족하는 안전모보다는 안전성을 충분히 갖춘 안전모를 선정하여 형식적인 안전보다는 실질적인 개인안전을 확보하는 것이 중요하다.

그렇지만, 대부분의 사업장에서 원가절감이라는 명분하에 산업안전기준에서 정한 최소한의 안전기준을 만족한 안전모를 사용하고 있다. 산업재해를 줄이기 위해서는 최소기준을 만족하는 안전모보다는 안전성을 충분히 갖춘 안전모를 선정하여 형식적인 안전보다는 실질적인 개인안전을 확보하는 것이 중요하다.

변형률 에너지 밀도
본 연구에서, 변형률 에너지 밀도는 어떤 요소인가?
안전모로 전달되는 충격에너지 전달을 흡수하는 성능을 나타내는 변수로 안전모의 안전성을 고찰하는 중요한 요소 중의 하나이다.

본 연구에서는 안전모 쉘 구조물의 정상부에 돌출부를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대해, 안전모의 두께와 하중면적을 변수로 변형률 에너지 밀도, 응력, 변위거동을 유한요소법으로 해석하였다. 변형률 에너지 밀도는 안전모로 전달되는 충격에너지 전달을 흡수하는 성능을 나타내는 변수로 안전모의 안전성을 고찰하는 중요한 요소 중의 하나이다. 유한요소 해석 결과에 의하면, 4,540N의 충격력이 안전모의 정상부 표면에 가해질 때 충격하중을 받는 하중면적이 증가할수록 최대응력은 선형적으로 줄어든다.

유한요소 해석 결과
본 연구의 유한요소 해석 결과, 충격하중을 받는 하중 면적이 증가할수록 최대 응력은 어떠한가?
4,540N의 충격력이 안전모의 정상부 표면에 가해질 때 충격하중을 받는 하중면적이 증가할수록 최대응력은 선형적으로 줄어든다.

변형률 에너지 밀도는 안전모로 전달되는 충격에너지 전달을 흡수하는 성능을 나타내는 변수로 안전모의 안전성을 고찰하는 중요한 요소 중의 하나이다. 유한요소 해석 결과에 의하면, 4,540N의 충격력이 안전모의 정상부 표면에 가해질 때 충격하중을 받는 하중면적이 증가할수록 최대응력은 선형적으로 줄어든다. 그러나, 최대 변형률 에너지 밀도는 하중면적이 증가할수록 커지는 것으로 나타났다.

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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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