기계 및 전자 장비들은 다양한 분야에 여러 형태로 사용되고 있어 충격과 같은 외부 환경에 노출되어 있다. 장비들의 내충격 특성을 평가하기 위해 충격시험장치가 사용되고 있으며, 과도한 응력의 발생에 의한 영구 변형이나 파손, 높은 가속도에 의한 장비 내부 부품의 파손 및 기능정지 등에 대한 평가가 이루어 진다. 이러한 충격시험장치에 있어서 물체를 고속으로 움직이게 하여 물체간의 충격을 유발할 수 있는 속도발생기가 필요하다. 본 연구에서는 유공압을 이용하여 물체를 고속으로 움직일 수 있게 하는 속도발생기를 개념적으로 설계하고, AMESim을 이용한 해석모델을 통하여 발생 속도를 예측하였다. 해석 결과는 축소 제작된 속도발생기의 시험 결과와 비교하여 검증하였으며, 해석 결과를 이용하여 목표 속도에 적합한 속도발생기를 설계하였다.
기계 및 전자 장비들은 다양한 분야에 여러 형태로 사용되고 있어 충격과 같은 외부 환경에 노출되어 있다. 장비들의 내충격 특성을 평가하기 위해 충격시험장치가 사용되고 있으며, 과도한 응력의 발생에 의한 영구 변형이나 파손, 높은 가속도에 의한 장비 내부 부품의 파손 및 기능정지 등에 대한 평가가 이루어 진다. 이러한 충격시험장치에 있어서 물체를 고속으로 움직이게 하여 물체간의 충격을 유발할 수 있는 속도발생기가 필요하다. 본 연구에서는 유공압을 이용하여 물체를 고속으로 움직일 수 있게 하는 속도발생기를 개념적으로 설계하고, AMESim을 이용한 해석모델을 통하여 발생 속도를 예측하였다. 해석 결과는 축소 제작된 속도발생기의 시험 결과와 비교하여 검증하였으며, 해석 결과를 이용하여 목표 속도에 적합한 속도발생기를 설계하였다.
Mechanical and electrical devices in various forms are used in many different fields. These can be exposed to external environmental factors such as shock. Therefore, a shock test machine is commonly used to test these devices and evaluate their shock resistance. In this test, the break-down or perm...
Mechanical and electrical devices in various forms are used in many different fields. These can be exposed to external environmental factors such as shock. Therefore, a shock test machine is commonly used to test these devices and evaluate their shock resistance. In this test, the break-down or permanent deformation and malfunction of inner parts due to a high stress or acceleration can be evaluated. As part of a shock test machine, a velocity generator is needed to create shocks between objects. In this study, a hydraulic velocity generator was conceptually designed and an AMESim model was developed to simulate the velocity under different conditions. Simulation results using this model were compared with the test results from a reduced-size velocity generator, and we designed a velocity generator that fits the target payload and velocity using the simulation results.
Mechanical and electrical devices in various forms are used in many different fields. These can be exposed to external environmental factors such as shock. Therefore, a shock test machine is commonly used to test these devices and evaluate their shock resistance. In this test, the break-down or permanent deformation and malfunction of inner parts due to a high stress or acceleration can be evaluated. As part of a shock test machine, a velocity generator is needed to create shocks between objects. In this study, a hydraulic velocity generator was conceptually designed and an AMESim model was developed to simulate the velocity under different conditions. Simulation results using this model were compared with the test results from a reduced-size velocity generator, and we designed a velocity generator that fits the target payload and velocity using the simulation results.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
위치에너지를 이용하는 경우는 높은 충격량을 위해서는 높이가 많이 필요하게 되어 주로 낮은 충격량을 대상으로 사용되고 있다. 본 연구에서는 높은 충격을 발생할 수 있는 고속발생 유압속도발생기를 개념적으로 설계하고, AMESim을 이용한 해석 모델을 개발하였다. 해석 모델은 축소된 크기로 제작된 속도발생기를 이용한 시험 결과와 해석 결과를 비교하여 검증하였으며, 해석 모델을 이용한 다양한 조건에서의 해석 결과를 이용하여 목표 속도에 적합한 속도발생기를 설계하였다.
제안 방법
가속도계 및 압력센서는 Measurement Specialties 사의 4630-1000-060 및 M3022-000005-2K5PG 를 사용하였으며, B&K 사의 3039-B pulse 를 이용하여 계측하였다.
3 은 AMESim 모델에서 유압 충전을 위한 장치 부분은 제외하고 실린더 부분을 확대하여 나타내었다. 각 실린더 및 피스톤이 AMESim의 라이브러리 item으로 표현되었고, 충돌체와 시험체의 질량이 스프링 뎀퍼로 연결되어 모델링되었다. 목표 속도를 달성하기 위한 모델의 세부 치수는 식(1), (2)를 이용한 적분법에 의해 계산된 실린더 지름 등의 치수를 초기값으로 하여 해석을 수행하면서 결정하였다.
개념 모델의 구현 가능성을 확인하고, 해석 모델의 결과를 검증하기 위한 시험장치로 Fig. 5와 같은 축소된 크기의 속도발생기를 제작하여 시험을 수행하였다. 여러 가지 유압 조건에 대해 속도 발생기를 작동하면서 이때의 충돌체의 속도 및 속도발생기의 각 부분의 압력을 계측하였다.
수중 충격과 같은 높은 충격량에 대한 내충격성을 시험할 수 있는 충격시험장치에서 물체의 충돌을 유발하는 고속 유압속도발생기를 개념적으로 설계를 하고 해석 모델을 개발하였다. 개념적으로 설계된 구조의 속도발생기를 축소된 크기로 제작하여 그 가능성을 확인하였으며, 제작된 속도발생기에서 측정된 속도 및 압력값과 해석 모델의 결과와 비교하여 검증하였다. 그 결과 해석과 시험에서의 속도 결과가 5% 이내의 오차를 나타내어 해석 모델이 속도 예측에 사용될 수 있음을 확인하였다.
그 결과 해석과 시험에서의 속도 결과가 5% 이내의 오차를 나타내어 해석 모델이 속도 예측에 사용될 수 있음을 확인하였다. 또한 다양한 유압 작동 조건에서 해석을 수행하여 유압 조건의 조절로 발생되는 속도 조절할 수 있음을 확인하였으며, 각 유압 조건에서의 발생 속도를 예측하였다.
적용된 구조는 수직으로 직접 연결된 축압기의 압력이 큰 압력 손실이 없이 가속챔버로 빠른 속도로 전달되어 짧은 시간에 작은 스트로크에서 고속의 운동을 발생할 수 있는 장점이 있다. 또한 분배챔버의 부피를 가속피스톤이 이동하는 부피보다 작게 하여 가속실린더에 유입되는 유량을 제한함으로써 가속피스톤의 과다한 전진에 의한 충돌을 방지한다. 또한 축압기의 압력 및 분배챔버의 작동유 충전압력을 조절하여 가속피스톤이 충돌체 를 밀어내는 속도를 조절할 수 있다.
6 과 같다. 속도발생기의 발생 속도는 가속피스톤이 밀어내는 충돌체에 부착된 가속도 센서를 이용하여 측정된 가속도를 적분하여구하였고, 속도발생기 각 부분의 공압 및 유압을 압력 센서로 측정하였다. 가속도계 및 압력센서는 Measurement Specialties 사의 4630-1000-060 및 M3022-000005-2K5PG 를 사용하였으며, B&K 사의 3039-B pulse 를 이용하여 계측하였다.
수중 충격과 같은 높은 충격량에 대한 내충격성을 시험할 수 있는 충격시험장치에서 물체의 충돌을 유발하는 고속 유압속도발생기를 개념적으로 설계를 하고 해석 모델을 개발하였다. 개념적으로 설계된 구조의 속도발생기를 축소된 크기로 제작하여 그 가능성을 확인하였으며, 제작된 속도발생기에서 측정된 속도 및 압력값과 해석 모델의 결과와 비교하여 검증하였다.
5와 같은 축소된 크기의 속도발생기를 제작하여 시험을 수행하였다. 여러 가지 유압 조건에 대해 속도 발생기를 작동하면서 이때의 충돌체의 속도 및 속도발생기의 각 부분의 압력을 계측하였다. 압력의 계측 위치는 Fig.
속도발생기의 설계를 위해서는 복원챔버 내의 압력 한계, 가속실린더와 분배챔버의 용량 그리고 가속실린더를 밀어내기 위해 필요한 유량 및 축압기의 용량 등 추가적으로 고려해야 할 사항이 많다. 이러한 점들을 고려한 상세한 치수 설계에 이용하기 위해 속도발생기를 AMESim을 이용하여 모델링 하였다. Fig.
본 연구에서는 높은 충격을 발생할 수 있는 고속발생 유압속도발생기를 개념적으로 설계하고, AMESim을 이용한 해석 모델을 개발하였다. 해석 모델은 축소된 크기로 제작된 속도발생기를 이용한 시험 결과와 해석 결과를 비교하여 검증하였으며, 해석 모델을 이용한 다양한 조건에서의 해석 결과를 이용하여 목표 속도에 적합한 속도발생기를 설계하였다.
대상 데이터
해석시 마찰계수는 2%, 질소가스의 특성은 AMESim이 제공하는 기본값을 사용하였으며, 작동유는 ZIC VEGA 46 의 특성값을 사용하였다.
성능/효과
개념적으로 설계된 구조의 속도발생기를 축소된 크기로 제작하여 그 가능성을 확인하였으며, 제작된 속도발생기에서 측정된 속도 및 압력값과 해석 모델의 결과와 비교하여 검증하였다. 그 결과 해석과 시험에서의 속도 결과가 5% 이내의 오차를 나타내어 해석 모델이 속도 예측에 사용될 수 있음을 확인하였다. 또한 다양한 유압 작동 조건에서 해석을 수행하여 유압 조건의 조절로 발생되는 속도 조절할 수 있음을 확인하였으며, 각 유압 조건에서의 발생 속도를 예측하였다.
11 과 Table 2 는 다양한 유압조건에서 속도 발생기의 발생 속도를 해석 결과로서 예측한 결과이다. 실제 시험 결과와 5% 내외의 오차가 있을 수 있으나, 작동유압 40bar 와 축압기 질소 초기압력 20bar 인 경우 발생속도 약 3.6m/s 를 보여주고 있으며, 최대 유압 280bar 의 조건으로 작동할 경우 약 19.4m/s 의 속도까지 발생할 수 있는 것으로 예측된다.
7 과 Table 1 은 속도발생기의 작동에 의한 충돌체의 속도변화를 해석결과와 시험결과로 나타낸 것이다. 축압기의 초기 충전압력과 작동유압을 각각 변화시킨 3 가지 조건에 대하여 해석 및 시험을 수행한 결과로 작동유압과 축압기 초기압력을 220/160bar, 200/160bar 그리고 160/100bar 로 작동한 결과이다.
해석 결과와 시험 결과가 오차 5% 이내의 유사한 속도값을 보이고 있음을 볼 수 있다. 따라서 AMESim 해석 모델이 해석한 속도 조건에서 속도 발생기의 속도 예측에 사용될 수 있다고 판단된다.
후속연구
해석 결과와 시험 결과가 오차 5% 이내의 유사한 속도값을 보이고 있음을 볼 수 있다. 따라서 AMESim 해석 모델이 해석한 속도 조건에서 속도 발생기의 속도 예측에 사용될 수 있다고 판단된다. 또한 작동 유압이 커짐에 따라 발생 속도가 커지고 있음을 볼 수 있으며, 이는 작동유압의 조절로 충격 신호의 조절이 가능하리라 생각된다.
하지만 유압이 낮을수록 해석 결과의 속도가 시험결과 대비 작아지며, 유압이 높은 경우 해석 결과가 높게 나타나고 있는 점은 추가 시험을 수행하여 마찰력이나, 공기저항 특성 그리고 유체의 특성치 등의 파라미터의 조절 방법으로 해석 정확도 확보가 추가적으로 필요하리라 생각된다. 또한 0.07 초 내외에서 해석 결과가 시험 결과에 비해 완만한 증가를 보이는 것은 분배챔버 피스톤의 급격한 충돌을 방지하기 위한 감쇄 거동을 스프링-댐퍼로 간략화하여 모델링하였기 때문인 것으로 판단되며, 이부분 또한 향후 정확도 확보를 위해서는 개선이 필요하다. 약 0.
복원챔버에서의 과다한 압력은 장비의 내구에 영향을 미칠 수 있으며, 압력이 높게 작용할수록 구조적으로 보다 강건한 설계가 필요할 것이다.
이는 시험 압력이 작을수록 발생속도의 해석 결과가 시험 결과에 비해 더 작게 나타나는 경향과 일치한다. 이러한 원인으로는 실제 시험에서는 속도에 비례해서 증가하는 저항력이더 크게 작용하였다고 생각해 볼 수 있으며, 이부분은 향후 모델링 개선에 고려되어야 할 것이다.
또한 작동 유압이 커짐에 따라 발생 속도가 커지고 있음을 볼 수 있으며, 이는 작동유압의 조절로 충격 신호의 조절이 가능하리라 생각된다. 하지만 유압이 낮을수록 해석 결과의 속도가 시험결과 대비 작아지며, 유압이 높은 경우 해석 결과가 높게 나타나고 있는 점은 추가 시험을 수행하여 마찰력이나, 공기저항 특성 그리고 유체의 특성치 등의 파라미터의 조절 방법으로 해석 정확도 확보가 추가적으로 필요하리라 생각된다. 또한 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
장비들의 내충격 특성 평가에 포함되는 내용은?
기계 및 전자 장비들은 다양한 분야에 여러 형태로 사용되고 있어 충격과 같은 외부 환경에 노출되어 있다. 장비들의 내충격 특성을 평가하기 위해 충격시험장치가 사용되고 있으며, 장비에 가해지는 충격에 의해 과도한 응력의 집중에 의한 영구 변형이나 파손, 높은 가속도에 의한 관성력으로 장비 내부 부품의 파손 및 기능 정지 그리고 과도한 변위에 따른 주변 장치와의 2 차 충격에 의한 손상 등이 평가된다. 특히 수중폭파에 의해 전달되는 충격파는 그 충격량이 크며, 해상 및 수중무기 및 탑재장비의 생존성에 영향을 미친다.
실험을 위해 적용된 속도발생기의 장점은?
적용된 구조는 수직으로 직접 연결된 축압기의 압력이 큰 압력 손실이 없이 가속챔버로 빠른 속도로 전달되어 짧은 시간에 작은 스트로크에서 고속의 운동을 발생할 수 있는 장점이 있다. 또한 분배챔버의 부피를 가속피스톤이 이동하는 부피보다 작게 하여 가속실린더에 유입되는 유량을 제한함으로써 가속피스톤의 과다한 전진에 의한 충돌을 방지한다.
수상함 및 수중함에 전달되는 충격량은 어디에 명시되어 있는가?
특히 수중폭파에 의해 전달되는 충격파는 그 충격량이 크며, 해상 및 수중무기 및 탑재장비의 생존성에 영향을 미친다. 수상함 및 수중함에 전달되는 충격량은 독일의 규격 BV043(1)에 명시되어 있다. 탑재장비의 수중충격에 대한 생존성 검증을 위해서는 수중충격을 모사할 수 있는 시험장비가 필요하며, 이러한 큰 충격량을 발생하기 위해서는 고중량의 충돌체를 고속의 속도로 움직일 수 있게 하는 속도발생기가 필요하다.
참고문헌 (7)
Military Specification, BV043-85, 1985, "Germany Defense Naval Ship Construction Specification for Shock and Safety[s]."
Military Specification, MIL-S-901D, 1989, "Shock Tests, H.I(High Impact) Shipboard Machinery Equipment and Systems. Requirements for," 17 March.
Cho, J. H., Lee, S. C., Yoon, S. H. and Hong, S. W., 1998, "Development of Low Energy Impact Tester with Drop Weight," Proceedings of the Autumn Symposium on the KSPE, pp. 763-766.
Kang, S. Y., Chang, I. B., Kim, H. Y., Chun, G. J. and Park, K. H., 2000, "A Study on the Development of Test Rig for High Speed Frontal Crash and Test of Members (I)," J. of Korea Society of Precision Engineering, Vol. 17, No. 6, pp. 119-126.
Hijkoop, G., Korse, T. H., Lemmen, P.P.M., Romeijn, E. and Klkman, P., 1993, "On the Development of a High Performance Shock Testing Machine for Navy Underwater Shock," 64th Shock and Vibration Symposium, Vol. PT, pp. 483-492.
Wang, G., Zhang, Z., Chu, D. and Shen, R., 2008, "Analysis and Simulation on the Mechanism of a Novel Dual-Wave Shock Test Machine," Chinese Journal of Mechanical Engineering, Vol. 21, No. 1, pp. 91-99.
Zhang, Z.-y., Wang, G.-x. and Wang, Y., 2009, "Numerical Modeling of Dual-pulse Shock Test Machine for Simulating Underwater Explosion Shock Loads on Warship Equipments," J. Shanghai Jiatong Univ. Vol. 14(2), pp. 233-240.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.