[논문]119 구급자동차의 구조해석을 통한 내부 설계 안전성 검증에 관한 연구

신동민; 김형욱; 한용택

doi:10.7731/kifse.2016.30.2.123

119 구급자동차의 구조해석을 통한 내부 설계 안전성 검증에 관한 연구
Validation of Inside Design Safety for the 119 Ambulance using a Structural Analysis 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.30 no.2, 2016년, pp.123 - 132

신동민 (한국교통대학교 응급구조학과) , 김형욱 , 한용택 (한국소방산업기술원)

초록
AI-Helper

본 연구는 새로운 차체를 이용 구급자동차 내부 공간의 디자인 작업에 따른 차량 내부의 구조해석을 수행한 결과로서, 해외 기준 및 디자인된 구급자동차를 바탕으로 3D 설계 작업을 수행하였다. 또한, 차체 및 구급자동차 내부에 대하여 10G의 충격을 가한 후 이에 따른 구조해석 결과를 살펴보았다. 이때 부품의 자중과 구성품의 무게를 고려하여 유럽의 EN 규정에 따라 해석을 수행하였다. 구조해석 결과, 차량 내부의 프레임과 각종 파이프로 구성되어진 핸드레일은 비교적 큰 응력의 하중은 받지 않았으나 내장 판넬과 캐비넷류는 50MPa 이상의 큰 응력을 받는 것으로 해석되었다. 이에 따른 보강 설계를 실시하는 경우에는 두께 및 형상의 수정이 필요하다는 결론을 얻을 수 있었다. 이와 같은 연구 결과를 바탕으로 국내 구급자동차를 이용하는 구급대원 및 차량내부의 환자에게 보다 안전한 차량을 제작하는 기초자료가 될 수 있을 것이라 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is the result of performing structural analysis in accordance with the new ambulance design of inside space using the new vehicle's bodywork. 3D design works were performed based on international standards and designed ambulance. And then it was tested by a shock of 10G to the ambulance car inside with respect to the vehicle body after that we looked into the consequences. At this time, it was carried out in consideration of its own weight and the weight of components according to the EN regulation. From the result of structural analysis, the internal frame and configured handrail in a variety of pipe did not have a relatively large stress load, but internal panel and cabinets has been interpreted to receive a large stress load at least over 50 MPa. When carried out reinforcement design in accordance with this analysis, the modification of thickness and shape could be necessary. On the basis of these findings, it is also expected that there could be a useful information to produce a more secure vehicle for paramedics and patients using a ambulance inside the vehicle.

주제어

표/그림 (15)

그림 Figure 1. The inside design model of 119 ambulance.
그림 Figure 2. Mesh generation and geometry.
그림 Figure 3. The upper holder and hand rail restraint position.
그림 Figure 4. The restraint conditions of internal structure.
그림 Figure 5. The weight application of internal structure.
표 Table 1. The Main Material's Tensile Strength and Allowable Stress
그림 Figure 6. The analysis of stress results in door parts.
그림 Figure 7. The analysis of stress results in various hand-rail parts.
그림 Figure 8. The results of stress analysis in a ambulance frames.
그림 Figure 9. The results of stress analysis in a interior panels.
그림 Figure 10. The results of stress analysis in left side.
그림 Figure 11. The results of stress analysis in front side.
그림 Figure 12. The results of stress analysis in below side.
그림 Figure 13. The results of stress analysis in left side.
그림 Figure 14. The results of stress analysis in front side.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 H 350 차량을 이용한 ‘119 구급 자동차의 환자실 내부 디자인 개발에 관한 연구’에서 나온 구급자동차의 디자인의 결과에 따른 계속된 연구로서 구급차의 실내 부분에서 중요한 부분이 되는 진동, 소음 및 좌우 롤링에 있어서는 실제의 차량을 이용한 구급차량의 모델이 개발되기 전에는 정량적인 값을 제시하기에는 어려움이 있으나, 디자인 및 설계도를 활용하여 향후 차체 및 개선사항에 대해서 규정 및 기술 기준 등을 통해서 나아갈 방향에 대해서 참고가 될 수 있는 구급차량의 설계에 있어 기본적인 데이터를 확보하고자 하는데 목적이 있다(6).
. 또한, 현재 차체의 제원은 구체적으로 나와 있는 상태는 아니므로 외부에서의 구조해석은 어려울 것으로 판단이 되나, 내부 구조 해석상에서는 EN 규정의 10G (Gravity) 이상의 충격에 견딜 수 있는 구조이어야 하므로, 이 이상의 충격에 준하는 내부에서의 구조해석을 수행하고자 한다⁽⁹⁾.
또한, 현재 양산되는 차량의 많은 소재로 사용되는 ABS 재질의 인장강도의 값도 비교하여 보여주고 있다. 본 연구에서는 ABS 대비 우수한 내후성을 가지고 있으며, 도장을 하지 않고 외장제품에 적용이 가능한 ASA 소재를 내장판 및 케비넷의 재료로 적용하여 연구를 수행하였다.

가설 설정

국내 소방용 구급자동차의 새로운 디자인의 결과에 따른 계속된 연구로서, 해외 기준 및 설계도를 활용하여 차체 및 구급자동차의 내부에 대하여 외부 충격을 가정한 구조해석을 수행하였다. 이와 같은 결과는 향후, 실제 구급 자동차의 양산과 국내의 기준 제정이 미흡한 부분에 대해서 유용한 정보를 제공할 수 있을 것이라 판단되며 연구결과를 정리하면 다음과 같다.
92 kg을 포인트 중량으로 적용하였다. 파이프의 경우 단면이 일정하기에 여러 가지 하중방향으로 고려하여 해석하는 것은 크게 의미가 없으므로, 고정조건 양단의 중간부위에 평균 체중(65 kg)이 완전히 매달리는 조건에 차량이 움직이는 동안 2배의 동하중 배수가 발생한다는 가정을 설정하였다. 여러개의 고정단을 가지는 핸드레일의 경우 파이프 하나에 한 번씩 하중을 주어 여러 번에 걸쳐 해석을 수행하였다.

제안 방법

공학모델이 수립되면 컴퓨터를 사용하여 구성 부품의 재료를 포함한 3D 모델을 작성하고, 유한요소해석과 같은 수치해석 방법을 적용할 수 있도록 이산화하고, 물성치와 경계 조건 등을 적용하여 해석 모델로 변환하고 해석을 수행하며 해석결과를 검토하여 검증과 평가를 하게 된다. 이러한 유한요소해석 모델은 메시 즉 절점 및 요소, 구설 재질의 성질 즉 물리적인 성질, 기계적인 성질 및 해석에 필요한 역학적인 특성을 반영하는 자료, 구속조건 하중조건으로 구성된다⁽¹⁰⁾.
한편, Table 1에서는 내장판 및 케비넷 재질로 사용된 ASA, 프레임과 파이프 재질로 사용된 SPSR 400 및 각종 브라켓으로 사용된 SPCC 재질에 대한 인장강도 및 허용 응력에 대한 값을 보여주고 있다. 또한, 현재 양산되는 차량의 많은 소재로 사용되는 ABS 재질의 인장강도의 값도 비교하여 보여주고 있다. 본 연구에서는 ABS 대비 우수한 내후성을 가지고 있으며, 도장을 하지 않고 외장제품에 적용이 가능한 ASA 소재를 내장판 및 케비넷의 재료로 적용하여 연구를 수행하였다.
파이프의 경우 단면이 일정하기에 여러 가지 하중방향으로 고려하여 해석하는 것은 크게 의미가 없으므로, 고정조건 양단의 중간부위에 평균 체중(65 kg)이 완전히 매달리는 조건에 차량이 움직이는 동안 2배의 동하중 배수가 발생한다는 가정을 설정하였다. 여러개의 고정단을 가지는 핸드레일의 경우 파이프 하나에 한 번씩 하중을 주어 여러 번에 걸쳐 해석을 수행하였다. 한편, 내부구조의 경우 구급자동차 내부 구성품의 대략적인 중량을 각 위치의 포인트 중량을 적용하고 Figure 5(c)와 같이 6축의 방향으로 중력가속도의 10배의 하중을 적용하였다.
캐비넷 도어와 루프 적재함 도어의 경우 도어에 수직한 방향으로 발생되는 자중과 적재물의 10G가 발생되는 조건으로 해석하였으며, 캐비넷 도어의 경우 내부 구성품 중에 최대의 하중인 12.92 kg을 포인트 중량으로 적용하였다. 파이프의 경우 단면이 일정하기에 여러 가지 하중방향으로 고려하여 해석하는 것은 크게 의미가 없으므로, 고정조건 양단의 중간부위에 평균 체중(65 kg)이 완전히 매달리는 조건에 차량이 움직이는 동안 2배의 동하중 배수가 발생한다는 가정을 설정하였다.

대상 데이터

Figure 1. The inside design model of 119 ambulance.

데이터처리

본 연구에서는 구조해석의 프로그램으로는 ANSYSMechanical을 사용하였으며, 차체는 차대 제작사에서 보증한다는 조건으로 구성품 위주로 해석을 수행하였으며, 선행 해석 후 재료별 허용 응력과 비교하였다. 도어와 파이프 등은 마운팅 위치 고정 후 별도로 해석을 수행하였으며, 구급차 내에 들어가는 주들것 및 접이식 의자 등 완성품의 경우 제작사에서 안전성의 검증이 완료된 것으로 간주하고 해석에서 제외하였다.

이론/모형

본 연구에서는 구조해석의 여러 요소들의 적용에 대한 객관화를 위해서 국내외의 구급자동차 및 소방차의 제작 기준을 조사하여 구급자동차에 적용할 수 있는 EN1789;2007+A2;2014(E)에 대한 기준을 적용하였다⁽⁹⁾.

성능/효과

1. 차체의 제원은 현재 정확히 공개되지 않은 상태이나, 구급자동차의 내부공간에 대하여 디자인, 설계를 실행 한후 부품의 자중과 구성품의 무게를 고려한 유럽의 EN규정에 따라 구급자동차의 내부에 10G의 충격을 가한 구조 해석을 수행할 수 있었다.
2. 차량내부의 각종 구급장비 및 구성품을 고정하기 위한 프레임과 각종 파이프류는 국부적인 부위를 제외하고 큰 변형량과 응력은 발생되지 않았으나, 내장 판넬과 캐비넷류는 50 MPa 이상의 큰 하중을 받는 부위가 발생하였으며 이에 따른 두께 및 형상의 수정이 필요함을 파악할 수 있었다.
3. 이와 같은 부분에 대하여 양산을 고려한 재질의 두께 선정 및 재질의 선택 시 보강할 필요가 있음을 예측할 수 있었고, 필요시 FRP 재질 등의 재료를 사용하여 설계시 반영하는 것이 필요함을 알 수 있었다.
또한, 가속도 전면에서의 허용 응력은 41 MPa로서 전반적으로 50~95 MPa로 집중되고 있으며 최대 225 MPa의 응력이 발생하여 보강 및 형상 수정이 필요하다는 결과를 보여주고 있으며 역시 동승자석 주위에 최대 응력이 집중되는 것을 확인할 수 있으며 가속도 반대 방향인 가속도의 후면에서도 동일한 결과를 나타내었다. Figure 11에서는 가속도 전면에서의 응력해석 결과를 보여주고 있다.
또한, 가속도 좌면에서의 허용 응력은 41 MPa로서 전반적으로 50~120 MPa로 집중되고 있으며 최대 477 MPa의 응력이 발생하여 보강 및 형상 수정이 필요하다는 결과를 보여주고 있으며 역시 동승자석 주위에 최대 응력이 집중되는 것을 확인할 수 있으며 가속도 반대 방향인 가속도의 우측면에서도 동일한 결과를 나타내었다. Figure 10에서는 가속도 좌면에서의 응력 해석 결과를 보여주고 있다.
이상과 같이 자중과 구성품의 무게를 고려한 10G의 하중으로 구조해석을 수행한 결과 프레임과 파이프류는 국부적인 부위를 제외하고는 큰 변형과 응력은 발생하지 않은 것으로 파악되었다. 그러나, 내장 판넬과 캐비닛류는 국부적인 특이해를 제외하더라도 50 MPa~200 MPa 이상으로 큰 하중을 받는 부위가 발생하여 두께 및 형상의 수정이 필요한 결과를 보여주었다.
Figure 14에서는 캐비닛 부분의 가속도 전면에서의 응력 해석 결과를 보여주고 있다. 전반적으로 50 MPa 집중되고 있으며, 최대 98 MPa의 응력이 발생하여 보강 및 형상의 수정이 필요하다는 것을 나타내었다. 한편 가속도 반대 방향인 후면에서도 동일한 결과를 보여주었다.
Figure 7은 천장 파이프, 동승자석 파이프, 침대 파이프 두 종류 및 수직 파이프의 응력 결과를 시각적으로 보여주고 있다. 천장 파이프에서는 최대 127 MPa, 동승자석 파이프에서는 최대 146 MPa, 침대파이프에서는 292 MPa과 166 MPa 그리고, 수직 파이프에서는 최대 238 MPa의 최대 응력이 발생하는 결과를 파악할 수 있었다.
인테리어 판넬에서 가속도 하면에서의 허용 응력은 41 MPa로서 Figure 9의 결과와 같이 전반적으로 50~100 MPa 로 집중되고 최대 236 MPa이 발생하여 보강 및 형상 수정이 필요하다는 결과를 나타내었다. 특히 동승자석 주위에 최대응력이 집중되는 보여주었으며 가속도의 반대 방향인 상부의 면도 동일한 결과를 보여주었다.
Figure 13에서는 캐비닛 부분의 가속도 좌면에서의 응력 해석 결과를 보여주고 있다. 허용 응력은 41 MPa로서 전반적으로 50~160 MPa로 집중되고 있으며 최대 661 MPa의 응력이 발생하여 보강 및 형상의 수정이 필요하다는 것을 나타내었다. 한편 가속도 반대 방향인 우측면에서도 동일한 결과를 보여주었다.
Figure 12에서는 캐비닛 부분의 가속도 하면에서의 응력 해석 결과를 보여주고 있다. 허용 응력은 41 MPa로서 전반적으로 50~80 MPa로 집중되고 있으며 최대 192 MPa의 응력이 발생하여 보강 및 형상의 수정이 필요하다는 것을 나타내었다. 한편 가속도 반대 방향인 상부면에서도 동일한 결과를 보여주고 있다.
이는 락장치의 크기와 수량이 개념 설계단계에서 컨셉만 잡힌 상태로 매우 국부적인 위치를 고정하여 일부 특이해를 포함하고 있으며, 상세 설계 단계에서 크기와 수량의 변경이 필요할 것으로 판단된다. 힌지 부위의 경우도 45 MPa 내외로 높은 응력을 확인하였으며, 상세 설계 시 형상과 두께의 일부 수정이 필요하다고 예측되었다. 루프 적재함 도어의 경우 힌지 포인트에서 705.

후속연구

4. 본 연구 결과를 통하여 국내 구급자동차의 제작 및 제작기준의 반영 시 중요한 자료가 될 수 있을 것이라 판단되며, 국내 구급자동차를 이용 구급요원들의 임무 수행 시 보다 안전한 환경에서 활동할 수 있도록 지원할 수 있을 것이라 기대된다.
본 연구개발에 앞서 구급차와 관련된 구조물 또는 부품 등에 관련된 규정을 우선적으로 검토하였으며, 이는 연구 수행에 있어서 구조해석의 기준을 설정하여 과제 수행에서 설계에 표준이 될 새로운 구조해석 기준을 제시하기 위한 기초자료가 될 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 구급차는 도로교통법에 따르면 어떻게 분류되는가?	국내 구급차는 「도로교통법 제2조 제20호」에 긴급자동차로 분류되며 「응급의료에 관한 시행규칙 제38조 제1항」에서는 일반구급차와 특수구급차로 구분이 된다. 일반구급차는 위급의 정도가 중하지 아니한 응급환자의 이송에 주로 사용되며 기본적인 의료장비 및 구급의약품을 갖춘 구급차를 말하며, 특수구급차는 위급의 정도가 중한 응급환자의 이송에 적합하도록 의료장비, 구급의약품, 의료인 및 의료기관과 통화 할 수 있는 통신장비를 갖춘 구급차를 말한다(1).
	구급차를 이용하는 응급환자나 구급대원들의 민원이 많이 발생하는 이유는 무엇인가?	또한, 간략히 정리하면 국내에는 승합차를 개조한 일반구급차와 화물차량을 개조한 특수구급차 등 2종류의 구급차가 운행되고 있으나 이들 차량에 대한 구체적인 제작기준이나 운행규정 등이 없는 실정이고 구급차량에 대한 안전도 기준, 환자 응급처치에 대한 공간 규정, 안락성, 편의성 등에 대한 규정이 없어 구급차를 이용하는 응급환자나 구급차에 직접 탑승하는 구급대원들의 민원이 많이 발생하고 있다(5).
	「응급의료에 관한 시행규칙 제38조 제1항」에 따른 일반구급차와 특수구급차의 차이는 무엇인가?	국내 구급차는 「도로교통법 제2조 제20호」에 긴급자동차로 분류되며 「응급의료에 관한 시행규칙 제38조 제1항」에서는 일반구급차와 특수구급차로 구분이 된다. 일반구급차는 위급의 정도가 중하지 아니한 응급환자의 이송에 주로 사용되며 기본적인 의료장비 및 구급의약품을 갖춘 구급차를 말하며, 특수구급차는 위급의 정도가 중한 응급환자의 이송에 적합하도록 의료장비, 구급의약품, 의료인 및 의료기관과 통화 할 수 있는 통신장비를 갖춘 구급차를 말한다(1). 그리고 「구급차의 기준 및 응급환자 이송업의 시설 등 기준에 관란 규칙 제 2 조, 제 1 항」 구급차의 형태에서 구급자동차는 자동차 관리법 제 3 조의 규정에 의한 승합자동차 또는 화물자동차로서 지붕구조의 덮개가 있어야 한다고 되어 있다.

참고문헌 (16)

I. S. Yu, K. H. Lee, T. Huh and Y. H. Yu, "Ambulance Standard and Revised Emergency Regulations for Transporting up Research", Research Report Department of Health and Human Services of Chung-Nam Univ. (2011).
J. S. Chung, K. J. Hong, S. D. Shin, K. J. Seo and K. J. Song, "Evaluation of the Apporopriateness of Prehospital Emergency Care by 119 Rescue Services in Seoul Metropolitan Area", Journal of Korean Society of Emergency Medical Services, Vol. 19, No. 3, pp. 233-244 (2008).
National Emergency Management Agency, "Safety training", http://www.nema.go.kr (2013).
119 Magazine, "119 Emergency Service Satisfaction", Vol. 12, No. 6, pp. 100-101 (2008).
D. M. Shin, S. Y. Kim and Y. T. Han, "A Study on the Comparative Analysis of Fire-Fighting Ambulances about the Aspects of Safety and Efficiency using the Question Investigation", Kor. Inst. Fire Sci. Eng., Vol. 29, No. 2, pp. 44-53 (2015).

원문보기 상세보기
D. M. Shin, M. J. Park and Y. T. Han, "Design of Fire-Fighting Ambulance Interior", Kor. Inst. Fire Sci. Eng., Vol. 30, No. 1 (2016).
D. M. Shin, S. Y. Kim and Y. T. Han, "A Study on the Comparative Analysis of Fire-Fighting Ambulances about the Aspects of Safety and Efficiency using the Question Investigation", Kor. Inst. Fire Sci. Eng., Vol. 29, No. 2, pp. 44-53 (2015).

원문보기 상세보기
B. J. Ko, "A Comparative Study on the Ambulance in South Korea and the United States", Pittsburgh Univ. EMT training courses U.S., National Emergency Management Agency, Vol. 8, pp. 249-282 (2009).
DS/EN 1789;2007+A2;2014. "Medical Vehicles and their Equipment-Road Ambulances" (2014).
S. H. Lee and J. H. Lee, "Structural Analysis Truss using Force Method based on Singular Value Decomposition", Architectural Institute of Korea, Vol. 27, No. 10, pp. 3-10 (2011).
S. S. Kang, "Structural Analysis of the Lower Frame in the Multi-aerial Platform", The Korea Society for Simulation, Vol. 24, No. 3, pp. 69-75 (2015).
BS EN 1846-2;2001+A3:2009, "Fire-fighting and Rescue Service Vehicles. Common Requirements. Safety and Performance" (2002).
No. 2014-976 of MOLIT (Ministry of Land Infrastructure and Transport), "Rules Regarding the Performance of Automotive and Auto Parts" (2014).
B. N. Chun, "An Analytical on the Compressive Behavior of RC Beam-column Joints According to Confinement Condition", Master thesis of Hanyang Univ. (2014).
S. J. Park, C. N. Mah and M. K. Park, "A Study on Displacement of Long-Spain Bridge Foundation Sturucture Considering Constraints Condition", Korea Concrete Institute, Vol. 25, No. 1, pp. 597-598 (2013).
S. Y. Park and H. Y. Shin, "Shape and Apperance Repair for Incomplete Point Surfaces", Korea Concrete Institute, Vol. 12, No. 5, pp. 330-343 (2007).

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증