경첩은 문을 구성하는 아주 중요한 부품이다. 오늘날 현재 그 기능과 형태, 재료 등의 범주에서 경첩은 더욱 세분화되고 있으며, 또한 그 쓰임새를 확대하고 있다. 이에 따라 보다 진보된 생산기술을 필요로 하게 되고, 더 전문화된 설계를 개발해야 한다. 본 연구에서는 문에 장착된 경첩 모델들에 대하여 구조 해석을 수행하여 문에 일정 힘이 가해질 때 그 변형과 응력분포, 피로수명들을 분석하였다. 본 연구를 통하여 각 형상에 따른 경첩 모델들의 내구성들을 예상할 수 있었으며, 연구 결과를 바탕으로 하여 보다 진보되고, 내구성이 있는 경첩 모델의 설계 및 개발에 기여할 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 디자인 면에서 융합 기술로의 접목도 가능하여 미적인 감각을 나타낼 수 있다.
경첩은 문을 구성하는 아주 중요한 부품이다. 오늘날 현재 그 기능과 형태, 재료 등의 범주에서 경첩은 더욱 세분화되고 있으며, 또한 그 쓰임새를 확대하고 있다. 이에 따라 보다 진보된 생산기술을 필요로 하게 되고, 더 전문화된 설계를 개발해야 한다. 본 연구에서는 문에 장착된 경첩 모델들에 대하여 구조 해석을 수행하여 문에 일정 힘이 가해질 때 그 변형과 응력분포, 피로수명들을 분석하였다. 본 연구를 통하여 각 형상에 따른 경첩 모델들의 내구성들을 예상할 수 있었으며, 연구 결과를 바탕으로 하여 보다 진보되고, 내구성이 있는 경첩 모델의 설계 및 개발에 기여할 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 디자인 면에서 융합 기술로의 접목도 가능하여 미적인 감각을 나타낼 수 있다.
A hinge is the most important part constituting door. Nowadays, the hinge is subdivided all the more under the category of the function, shape and material and is enlarged at the usage. Therefore, it is necessary to improve the manufacturing technique and more specialized design must be developed. A...
A hinge is the most important part constituting door. Nowadays, the hinge is subdivided all the more under the category of the function, shape and material and is enlarged at the usage. Therefore, it is necessary to improve the manufacturing technique and more specialized design must be developed. As the structural analysis is carried on the hinge model mounted at door in this study, the deformation, stress distribution and fatigue life are analyzed when the door is applied with uniform force. The durabilities of hinge models due to each shape are anticipated through this study. It is thought to be contributed at developing and designing more improved hinge model with durability. And it is possible to be grafted onto the convergence technique at design and show the esthetic sense.
A hinge is the most important part constituting door. Nowadays, the hinge is subdivided all the more under the category of the function, shape and material and is enlarged at the usage. Therefore, it is necessary to improve the manufacturing technique and more specialized design must be developed. As the structural analysis is carried on the hinge model mounted at door in this study, the deformation, stress distribution and fatigue life are analyzed when the door is applied with uniform force. The durabilities of hinge models due to each shape are anticipated through this study. It is thought to be contributed at developing and designing more improved hinge model with durability. And it is possible to be grafted onto the convergence technique at design and show the esthetic sense.
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문제 정의
또한, 경첩의 구조에 따라서도 이러한 현상들은 가속화될 수 있는데, 경첩의 고정핀 부분이나 접합부에 응력 집중현상이 발생할 수 있기 때문이다. 본 연구에서는 형상에 따른 경첩 모델 두 가지 즉, 기존의 수평 플랩 경첩과 새로이 고안 및 설계한 플랩 경첩을 CATIA V5 R18 3D 설계 프로그램을 이용하여 모델링한 뒤, ANSYS 유한요소 프로그램으로 시뮬레이션 구조 해석을 수행하여 일정한 힘이 가해졌을 때 경첩 모델들의 변형량과, 응력 분포, 피로 수명에 대하여 연구하였다. 이를 통해 경첩 모델들의 내구성을 예상해 볼 수 있었으며, 보다 튼튼한 경첩의 설계 및 개발에 기여하고자 하였다.
먼저 각 경첩 모델의 한 쪽 면을 실제 경첩이 고정되어 있는 것처럼 Fixed support 조건을 부여하여 고정시킨 뒤, 다른 한 쪽 면에 사람이 문을 열고 닫을 때를 가정하여 50N의 힘을 부여하여 각 경첩 모델에 힘을 가하였다. 이렇게 하여 각 경첩 모델의 변형량과 응력 분포, 피로 수명을 알아보고자 하였다. 또한, 일반적으로 경첩의 경우 강이나 알루미늄 등의 소재로 제작되기 때문에 본 연구에서는 시뮬레이션 해석을 수행하려는 경첩 모델들의 소재를 구조용 강으로 설정하였으며, 다음의 [Table 1]은 시뮬레이션 해석에 적용한 경첩 모델들의 물성치이다.
본 연구에서는 형상에 따른 경첩 모델 두 가지 즉, 기존의 수평 플랩 경첩과 새로이 고안 및 설계한 플랩 경첩을 CATIA V5 R18 3D 설계 프로그램을 이용하여 모델링한 뒤, ANSYS 유한요소 프로그램으로 시뮬레이션 구조 해석을 수행하여 일정한 힘이 가해졌을 때 경첩 모델들의 변형량과, 응력 분포, 피로 수명에 대하여 연구하였다. 이를 통해 경첩 모델들의 내구성을 예상해 볼 수 있었으며, 보다 튼튼한 경첩의 설계 및 개발에 기여하고자 하였다. 또한, 이는 디자인 면에서의 융합 기술로의 접목도 가능하여 미적인 감각을 나타낼 수 있다[6,7,8].
제안 방법
이렇게 하여 각 경첩 모델의 변형량과 응력 분포, 피로 수명을 알아보고자 하였다. 또한, 일반적으로 경첩의 경우 강이나 알루미늄 등의 소재로 제작되기 때문에 본 연구에서는 시뮬레이션 해석을 수행하려는 경첩 모델들의 소재를 구조용 강으로 설정하였으며, 다음의 [Table 1]은 시뮬레이션 해석에 적용한 경첩 모델들의 물성치이다.
4]는 시뮬레이션 해석을 수행하기에 앞서 수평 플랩 경첩 모델과 새로운 형상의 플랩 경첩 모델에 적용한 경계조건을 나타낸 것이다. 먼저 각 경첩 모델의 한 쪽 면을 실제 경첩이 고정되어 있는 것처럼 Fixed support 조건을 부여하여 고정시킨 뒤, 다른 한 쪽 면에 사람이 문을 열고 닫을 때를 가정하여 50N의 힘을 부여하여 각 경첩 모델에 힘을 가하였다. 이렇게 하여 각 경첩 모델의 변형량과 응력 분포, 피로 수명을 알아보고자 하였다.
본 연구에서 연구대상으로 하고 있는 경첩은 일반적으로 문을 문틀에 고정시키고 문이 회전이 가능하도록 만들어주며, 이에 따라 문을 열거나 혹은 닫을 수 있게끔 할 수 있다[9,10]. 본 연구에서는 다음에 도시된 [Fig. 1]과 [Fig. 2]와 같이 두 가지 형상의 경첩을 설계하고 해석하였다[11,12,13,14,15].
본 연구에서는 형상에 따른 경첩 모델들에 대하여 시뮬레이션 구조 해석을 수행하여 각 경첩 모델들의 변형량과 응력 분포, 피로 수명을 비교 및 분석하였으며, 이를 바탕으로 다음과 같은 결론을 도출하였다.
성능/효과
1) 수평 플랩 경첩 모델의 경우 해석 결과, 최대 변형량은 약 0.126mm로 나타났으며, 최대 응력은 약 178.64MPa로 나타났다. 또한, 피로 수명은 약 3.
2) 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 경우 해석 결과, 최대 변형량은 약 0.451mm로 나타났으며, 최대 응력은 약 144.15MPa로 나타났다. 또한, 피로 수명은 약 1.
3) 각 경첩 모델들의 해석 결과를 상호 비교하였을 때 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 경우가 최대 변형량은 더 크게 나타났으나, 발생하는 최대 응력이 수평 플랩 경첩 모델에 비해 작고, 피로 수명 또한 더 길게 나타나 사용하기에 더 적합하며, 내구성 역시 더 튼튼한 것으로 판단된다.
171×106Cycle인 것으로 나타났다. 또한, 최대 응력과 최대 변형은 두 모델들 모두 벽에 고정되는 면과 고정핀 혹은 접합부에서 발생하는 것으로 나타났으며, 도출된 해석 결과값들을 바탕으로 상호 비교하였을 때 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 경우가 최대 변형량은 더 큰 것으로 나타났지만, 최대 응력의 발생량이 수평 플랩 경첩 모델에 비해 더 작게 나타났고, 피로 수명 역시 더 긴 것으로 나타났기에 사용하기에 더 적합하며, 내구성 역시 더 튼튼한 것으로 판단된다.
3693×105Cycle인 것으로 나타났다. 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 경우 최대 변형량은 약 0.451mm로 나타났으며, 최대 응력은 약 144.15MPa로 나타났다. 피로 수명은 약 1.
다음에 표기한 [Table 2]는 수평 플랩 경첩 모델과 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 시뮬레이션 해석 결과 값들을 상호 비교한 것이다. 시뮬레이션 해석 결과, 수평 플랩 경첩 모델의 경우 최대 변형량은 약 0.126mm로 나타났으며, 최대 응력은 약 178.64MPa로 나타났다. 피로 수명은 약 3.
해석 결과, 50N의 힘을 반복적으로 가하였을 때 수평 플랩 경첩 모델의 최대 수명은 약 3.3693×105Cycle로 나타났으며, 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 최대 수명은 약 1.171×106Cycle로 나타났다.
6]은 수평 플랩 경첩 모델과 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 시뮬레이션 구조 해석 결과로 변형량을 나타낸 것들이다. 해석 결과, 수평 플랩 경첩 모델의 최대 변형량은 약 0.126mm로 나타났으며, 벽에 고정되는 면의 왼쪽 상단 부분에서 최대 변형이 발생하였다. 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 최대 변형량은 약 0.
8]은 수평 플랩 경첩 모델과 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 시뮬레이션 구조 해석 결과로 응력 분포를 나타낸 것들이다. 해석 결과, 수평 플랩 경첩 모델의 최대 응력은 약 178.64MPa로 나타났으며, 벽에 고정되는 면과 다른 한쪽 면을 서로 고정해주는 핀 부분에서 최대 응력이 발생하였다. 또한, 대체적으로 벽에 고정되는 면 부분에서 응력이 발생하는 것으로 나타났다.
후속연구
4) 본 연구에서 도출한 데이터들을 기존의 경첩보다 뛰어난 내구성을 지니고, 그에 따라 수명 역시 진보된 경첩 모델의 설계 및 개발에 활용할 수 있을 것으로 사료되며, 또한 디자인 면에서 융합 기술로의 접목도 가능하여 미적인 감각을 나타낼 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
일반적으로 경첩은 무엇으로 만들어지는가?
이렇게 하여 각 경첩 모델의 변형량과 응력 분포, 피로 수명을 알아보고자 하였다. 또한, 일반적으로 경첩의 경우 강이나 알루미늄 등의 소재로 제작되기 때문에 본 연구에서는 시뮬레이션 해석을 수행하려는 경첩 모델들의 소재를 구조용 강으로 설정하였으며, 다음의 [Table 1]은 시뮬레이션 해석에 적용한 경첩 모델들의 물성치이다.
수평 플랩 경첩 모델과 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 최대 응력과 최대 변형은 경첩의 어느 부분에서 나타나는가?
171×106Cycle인 것으로 나타났다. 또한, 최대 응력과 최대 변형은 두 모델들 모두 벽에 고정되는 면과 고정핀 혹은 접합부에서 발생하는 것으로 나타났으며, 도출된 해석 결과값들을 바탕으로 상호 비교하였을 때 새로운 형상의 플랩 경첩 모델의 경우가 최대 변형량은 더 큰 것으로 나타났지만, 최대 응력의 발생량이 수평 플랩 경첩 모델에 비해 더 작게 나타났고, 피로 수명 역시 더 긴 것으로 나타났기에 사용하기에 더 적합하며, 내구성 역시 더 튼튼한 것으로 판단된다.
경첩의 마모 및 피로파괴에 경첩의 구조가 영향을 미치는 이유는 무엇인가?
특히, 경첩이 사람들의 출입이 잦은 건물의 출입문 등에 적용이 된다면 비록 크지 않더라도 반복적인 피로 하중을 받게 되며, 이는 추후 시간이 경과되었을 때 경첩의 마모 혹은 피로 파괴를 야기할 수 있다[5]. 또한, 경첩의 구조에 따라서도 이러한 현상들은 가속화될 수 있는데, 경첩의 고정핀 부분이나 접합부에 응력 집중현상이 발생할 수 있기 때문이다. 본 연구에서는 형상에 따른 경첩 모델 두 가지 즉, 기존의 수평 플랩 경첩과 새로이 고안 및 설계한 플랩 경첩을 CATIA V5 R18 3D 설계 프로그램을 이용하여 모델링한 뒤, ANSYS 유한요소 프로그램으로 시뮬레이션 구조 해석을 수행하여 일정한 힘이 가해졌을 때 경첩 모델들의 변형량과, 응력 분포, 피로 수명에 대하여 연구하였다.
참고문헌 (15)
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