[논문]파괴방수차 다관절 붐의 동특성 및 내구성에 관한 연구

김진수; 소수현; 임수홍

doi:10.5762/kais.2014.15.8.4769

파괴방수차 다관절 붐의 동특성 및 내구성에 관한 연구
A Study on Dynamic Characteristics and Durability of Multi-joint Boom for Demolition Water Vehicle 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.8, 2014년, pp.4769 - 4775

김진수 (전주대학교 기계자동차공학과) , 소수현 (경일대학교 소방방재학과) , 임수홍 (전주대학교 기계공학과)

초록
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본 논문은 다관절 붐의 선단이 구조물과 충돌할 때 발생하는 각 붐의 동응력에 대해서 논하고자 한다. CATIA를 이용하여 3D 모델을 작성하고, ADAMS와 ANSYS를 이용하여 메쉬작업을 수행 후 응력데이터를 포함한 다관절 붐의 MNF를 만든다. 이 두가지 모델을 가지고 ADAMS에서 FFT해석을 수행하여 각각 모델의 타당성을 알아본다. ADAMS에서 타당성이 검증된 모델을 이용하여 붐 선단의 충돌해석에 따른 동특성 해석을 수행한다. ADAMS Durability를 이용하여 다관절 붐과 구조물의 충돌시 각 붐에 응력이 크게 발생하는 지점을 알아보고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper discusses the dynamics stress of each boom, which occurs as a result of the conflicts on a multi-joint boom at the end effector and structure. In this process, CATIA was applied to create 3D modeling, ADAMS and ANSYS were then performed using mesh analysis by obtaining the stress data to create a MNF(Modal Neutral File) of multi-joint boom. Two types of MNF models were analyzed using ADAMS FFT(Fast Fourier Transform) performing to check the validity of each model. In this process, the models were verified by ADAMS, which performs the dynamic characteristics of conflict. The ADAMS Durability was used to analyze the maximum stress between the multi-joint boom and structure.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 관점에서 특수 목적 구조물의 화재 발생시 초기에 구조물의 외부를 파괴하고 내부로 방수 노즐을 삽입하여 효과적인 초기 진압을 수행하며, 소방관의 작업 안적성을 극대화한 "원격조정 파괴방수차"의 국산화 개발이 필요하다[3]. 본 논문에서는 한국형 파괴방수차에 필요한 다관절 붐의 충돌시 구조물과 노즐의 충돌하중을 파악하기 위한 해석모델을 작성한다. 본 논문에서는 강체 다관절붐을 유연체 모델로 변환하여 해석을 수행한다.
본 논문의 목적은 다관절 붐의 선단이 구조물과 충돌할 때 발생하는 붐의 동응력 해석이다. CATIA를 이용하여 강체 3D모델을 작성하며, ANSYS와 Adams/ViewFlex 모듈로 입력하여 메쉬 작업을 수행후 응력데이터를 포함한 MNF를 생성하고 이 MNF을 ADMS/VIEW로 불러들여 강체 다관절 붐을 유연체 다관절 붐으로 변환한 후 FFT해석을 수행한다.
본 장에서는 다관절 붐의 선단과 구조물이 충돌할 때 발생하는 충돌하중의 응답성 대해 알아보고자 한다. 파괴방수차에서 붐의 인입과 인출 운동의 속도를 결정하는 것은 Fig.

제안 방법

Adams/ViewFlex 모듈의 MNF파일을 이용한 유연체 모델에만 적용가능한 ADAMS/Durability해석을 수행하여 다관절 붐의 충돌 하중 이력를 이용하여 MSR (Modal Stress Recovery) 방법에 의한 동응력값을 나타낸다.
본 논문의 목적은 다관절 붐의 선단이 구조물과 충돌할 때 발생하는 붐의 동응력 해석이다. CATIA를 이용하여 강체 3D모델을 작성하며, ANSYS와 Adams/ViewFlex 모듈로 입력하여 메쉬 작업을 수행후 응력데이터를 포함한 MNF를 생성하고 이 MNF을 ADMS/VIEW로 불러들여 강체 다관절 붐을 유연체 다관절 붐으로 변환한 후 FFT해석을 수행한다. 이 다관절 유연체 모델을 이용하여 구조물과의 y축, z축 회전 충돌 해석을 수행하여 다관절 붐에 동특성을 파악한다.
06[m/s], 턴 테이블의 회전 최고 속도는 7[°/s]이다. 각 붐들과 구조물은 모두 유연체로 설정하여 해석을 수행하였다.
본 논문에서는 강체 다관절붐을 유연체 모델로 변환 하여 붐의 충돌에 의해서 발생하는 통특성 해석을 다음과 같이 수행하였다.
본 논문에서는 한국형 파괴방수차에 필요한 다관절 붐의 충돌시 구조물과 노즐의 충돌하중을 파악하기 위한 해석모델을 작성한다. 본 논문에서는 강체 다관절붐을 유연체 모델로 변환하여 해석을 수행한다. MNF는 ADAMS에서 유연체 모델을 이용한 해석을수행하기 위해 필요한 입력 파일로서, ANSYS와 MSC Nastran이 내장되어 있는 Adams/ViewFlex 모듈을 사용하여 MNF을 생성하며, MNF는 질량, 강성, 응력 등의 데이터를 메트릭스 형태로 구조화하여 포함하고 있다[4,5].
본 장에서는 ADAMS와 ANSYS에서 작성한 유한요소모델을 ADAMS에서 같은 조건으로 파괴방수차의 다관절 붐을 각각 동특성 해석을 수행한다. Fig.
본장에서는 Adams/ViewFlex 모듈의 MNF파일을 이용한 유연체 모델에만 적용가능한 ADAMS/Durability해석을 수행하여 다관절 붐의 충돌 하중 이력를 의한 3단 슬라이드 붐의 동응력값을 나타낸다.
CATIA를 이용하여 강체 3D모델을 작성하며, ANSYS와 Adams/ViewFlex 모듈로 입력하여 메쉬 작업을 수행후 응력데이터를 포함한 MNF를 생성하고 이 MNF을 ADMS/VIEW로 불러들여 강체 다관절 붐을 유연체 다관절 붐으로 변환한 후 FFT해석을 수행한다. 이 다관절 유연체 모델을 이용하여 구조물과의 y축, z축 회전 충돌 해석을 수행하여 다관절 붐에 동특성을 파악한다. 이 결과로부터 본 논문에서 MNF생성에 Adams/ViewFlex 모듈을 이용한 유연체 다관절 붐의 타당성을 나타낸다.

이론/모형

이 해석의 결과로부터 본 논문에서 MNF생성에 Adams/ViewFlex 모듈을 이용한 유연체 다관절 붐의 타당성을 나타내었다. 또한, Durability해석으로부터 다관절 붐의 충돌 하중 이력을 이용하여 MSR (Modal Stress Recovery) 방법에 의한 동응력값을 나타내었다. 이 해석 값으로부터 충돌에 의한 극대하중 발생 부분을 보강함으로써 내구성이 강한 다관절 붐의 설계가 가능할 것 이다.

성능/효과

이 다관절 유연체 모델을 이용하여 구조물과의 y축, z축 회전 충돌 해석을 수행하여 다관절 붐에 동특성을 파악한다. 이 결과로부터 본 논문에서 MNF생성에 Adams/ViewFlex 모듈을 이용한 유연체 다관절 붐의 타당성을 나타낸다.
이 해석의 결과로부터 본 논문에서 MNF생성에 Adams/ViewFlex 모듈을 이용한 유연체 다관절 붐의 타당성을 나타내었다. 또한, Durability해석으로부터 다관절 붐의 충돌 하중 이력을 이용하여 MSR (Modal Stress Recovery) 방법에 의한 동응력값을 나타내었다.
11로부터 ANSYS의 MNF와 ADAMS로부터 생성된 MNF를 이용한 유연체 다관절 붐의 FFT해석과 충돌 해석의 결과 값이 유사함을 나타내었다. 이결과로부터 본 연구에서 MNF생성에 Adams/ViewFlex 모듈을 이용한 유연체다관절 붐의 모델이 타당하다 할 수 있다.
이상의 결과로부터 ANSYS의 MNF와 ADAMS로부터 생성된 MNF를 이용한 유연체 다관절 붐의 FFT해석과 충돌 해석의 결과 값이 유사하므로 본 연구에서 MNF 생성에 Adams/ViewFlex 모듈을 이용한 유연체 다관절 붐의 모델이 유효하다 할 수 있다.
이상의 유연체 모델의 상호 검증 결과로부터 ADAMS 와 ANSYS 유연체 모델은 타당하다 할 수 있다.

후속연구

또한, Durability해석으로부터 다관절 붐의 충돌 하중 이력을 이용하여 MSR (Modal Stress Recovery) 방법에 의한 동응력값을 나타내었다. 이 해석 값으로부터 충돌에 의한 극대하중 발생 부분을 보강함으로써 내구성이 강한 다관절 붐의 설계가 가능할 것 이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소방차란 무엇인가	소방차는 화재나 재해와 같은 긴급사태에 대비하여 소방용 등의 장비를 갖춘 특수차이다. 그러나 화재 발생시 일반적인 소방차로는 화재 진압에 어려움을 겪는 사건들이 종종 발생하는 추세이다[1].
	파괴방수차에서 아웃트리거의 역할은 무엇인가	3단 슬라이드 붐을 인출하고 회전 액츄에이터와 굴절 붐이 연결되어 있어 원하는 위치로 파괴 방수 노즐을 이동시킬 수 있다. 아웃트리거는 굴절 붐의 동작시 지면과 차량을 이격시켜 차량의 안정성 확보하는데 중요한 역할을 한다. 본 논문에서 사용된 붐 에 대한 제원은 Table 1과 같다.
	파괴방수차는 무엇으로 구성되어 있는가	파괴방수차는 물탱크 및 폼방수 시스템을 탑재하고, 파괴 방수 노즐을 탑재한 굴절 붐, 아웃트리거로 구성된다. 붐의 슬라이드는 3단으로 구성되며 슬라이드의 선단 부에 회전 액츄에이터가 장착되어 360[°] 회전할 수 있다.

참고문헌 (5)

Jai-pil Jeon, Hae-Sool Yang "A Study on method construct system for u-Safe fire management support" Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol 9, No 5, pp. 1201-1209, 2008 DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2008.9.5.1201

원문보기 상세보기
Woo-Sub Lim, Seong-Ho Sakong, Jang-One Lee, Jae Han Jung, Sung-Su Byun, Ju-Hwan Oh, "A Study of Performance Test for Fighting Robot", Proceedings of 2010 Spring Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 361-364 May, 2012
Jin-Soo Kim, Su-Hong Lim, Sokunthearith Ouk, Yeon-Jae Shin, "A Study on Multi-joint Boom Conflicts Using ADAMS/ANSYS", Proceedings of the KAIS Spring Conference, pp.29-31, Vol. 14, No. 1, pp. 29-31, 2013
Terrance W Ewanochko, "Integrated Durability Analysis Using ANSYS, ADAMS and Finite Element Fatigue", 16th European Mechanical Dynamics User Conference, pp. 1-5, 2001
ADAMS User's Reference Manual, Ver. 8.0 MDI, 2005

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