[논문]LS-DYNA를 이용한 차량방호울타리 단부처리 시설의 개발

IN, Younggun; Shin, Kwanghee; Bae, Kihun

doi:10.15683/kosdi.2016.9.30.279

LS-DYNA를 이용한 차량방호울타리 단부처리 시설의 개발
Development of Guardrail End Treatment System using LS-DYNA 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.12 no.3 = no.33, 2016년, pp.279 - 285

IN, Younggun (Department of Construction engineering Graduate school, Kyungil University) , Shin, Kwanghee (Director of the Development Office, Soohyung industrial development co Ltd.) , Bae, Kihun (Soohyung industrial development co Ltd.)

초록
AI-Helper

차량방호울타리는 교통사고 발생 시 마지막 안전장치이다. 차량방호울타리의 구조적 성능이 기대 수준 이상으로 유지가 되어야지만 운전자 혹은 차량 탑승자의 생명을 보호해 줄 수 있게 된다. 단부처리시설은 방호울타리의 끝단에 설치되며 차량 충돌 시 가드레일이 차량에 관통하는 현상을 방지함과 동시에 충격을 흡수하는 형태의 시설물이다. 이러한 차량방호울타리의 개발을 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 반복해석을 수행함으로서 다양한 변수에 적절히 대응하는 방호울타리를 개발할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Road sides safety barrier system is the last safety during traffic accident. The structural performance of a roadside safety barrier should be kept above expectations. It is possible to protect the passenger's life. End treatment part is installed in the end of the barrier it prevents a phenomenon in which for the vehicle for the guardrail during a vehicle collision it is facility of the absorbing of car crashed impact. By repeated analysis through computer simulation for improving the vehicle crash it will be able to develop crash barriers to respond appropriately to various parameters.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

컴퓨터 시뮬레이션이나 실물 충돌 시험을 통하여 차량 가속도 변화를 이용하여 탑승자 위험도를 분석 할 수 있다.(남민균(2007), 김동성(2012), 김경주(2014))이를 통하여 국내 기준에 만족하는 단부처리시설을 개발하는 것이 목표이다.
컴퓨터시뮬레이션 및 실물충돌시험을 통하여 단부처리시설에 대한 차량방호성능을 검증 하고 형식을 제안하는 것에 있다. 기존의 라운드형태의 가드레일 단부처리시설과 단부판을 이용한 단부처리시설의 성능비교 또한 함께 분석하고자 한다. 최근 개발되고 있는 충격흡수형식의 단부처리시설을 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석하기 위하여 Slip-base 형태의 레일 및 지주의 거동을 결정짓는 볼트의 장력을 보다 정확하게 모델링하는 기법을 이용하고자 한다.
본 논문은 교통사고 발생 시 탑승자의 생명을 보호해주는 도로상에 설치된 차량방호울타리 중 단부처리시설을 개발하는 것을 목표로 하였다. 컴퓨터시뮬레이션 및 실물충돌시험을 통하여 단부처리시설에 대한 차량방호성능을 검증 하고 형식을 제안하는 것에 있다.
해석의 경험이나 이론적 근거를 바탕으로 이러한 곳을 결정하게 된다. 이 연구에서는 볼트의 나사산부분을 생략 하고자 한다. 단부처리시설의 길이에 비하여 볼트의 나사산은 매우 작은 규격이며 분리가 되지 않도록 가정하여 해석을 진행 하였다.
본 논문은 교통사고 발생 시 탑승자의 생명을 보호해주는 도로상에 설치된 차량방호울타리 중 단부처리시설을 개발하는 것을 목표로 하였다. 컴퓨터시뮬레이션 및 실물충돌시험을 통하여 단부처리시설에 대한 차량방호성능을 검증 하고 형식을 제안하는 것에 있다. 기존의 라운드형태의 가드레일 단부처리시설과 단부판을 이용한 단부처리시설의 성능비교 또한 함께 분석하고자 한다.

가설 설정

이 연구에서는 볼트의 나사산부분을 생략 하고자 한다. 단부처리시설의 길이에 비하여 볼트의 나사산은 매우 작은 규격이며 분리가 되지 않도록 가정하여 해석을 진행 하였다.

제안 방법

다양한 형태의 단부처리시설에 대하여 실물충돌시험을 진행하고 시뮬레이션과 비교, 보완하여 시뮬레이션의 신뢰도를 높이는 것이 연구 목적에 보다 적합한 방법이겠지만, 실물 충돌 시험을 다수 진행 하는 것은 연구자의 입장에서는 거의 불가능한 일이라고 할 수 있다. 4장의 시뮬레이션을 통하여 충돌시험 등급 ET1과 ET2에 대하여 실물 충돌 시험을 실시하였다. Fig5와 6에 실물 충돌시험을 위한 단부처리시설의 설치 상태를 사진으로 나타냈다.
단부처리시설은 기존 라운드형 레일을 대상으로 비교 하였다. 라운드레일은 국도 및 고속도로에서 널리 사용되고 있는 형태의 단부처리 시설이다.
Fig5와 6에 실물 충돌시험을 위한 단부처리시설의 설치 상태를 사진으로 나타냈다. 단부처리시설의 충돌시험은 소형차량만을 이용하여 시험을 실시하며 1.3톤의 토스카 차량을 이용하여 충돌시험을 진행하였다. 토스카 차량의 실제 무게는 1.
Fig4에 나타난 제안모델은 기존 모델들과 다르게 하부에 슬립베이스를 적용하여 제안하는 모델은 차량관통을 방지하기 위하여 단부판과 슬립 베이스 판, 슬라이딩 레일, 상·하부 지주 그리고 레일과 지주의 연결용 블록아웃으로 구성되어 있다. 볼트의 장력을 유한요소모델로 구현하고 충돌시뮬레이션을 통하여 탑승자 위험도, 차량의 궤적, 구조적 적합성 등을 평가한다. 성능 평가는 실물충돌 시험 시 측정하는 항목을 위주로 하였다.
볼트의 장력을 유한요소모델로 구현하고 충돌시뮬레이션을 통하여 탑승자 위험도, 차량의 궤적, 구조적 적합성 등을 평가한다. 성능 평가는 실물충돌 시험 시 측정하는 항목을 위주로 하였다. 차량은 Ford의 Taurus 유한요소모델 (NCAC, 2012)의 속도에 따라 ET1-2 등급에 해당하는 65km/h, 80km/h의 속도로 해석 하였고, 165도 충돌을 제외한 정면충돌과 15도 충돌에 대하여 수행 하였다.
성능 평가는 실물충돌 시험 시 측정하는 항목을 위주로 하였다. 차량은 Ford의 Taurus 유한요소모델 (NCAC, 2012)의 속도에 따라 ET1-2 등급에 해당하는 65km/h, 80km/h의 속도로 해석 하였고, 165도 충돌을 제외한 정면충돌과 15도 충돌에 대하여 수행 하였다. 시뮬레이션 시 차량의 거동 및 단부처리시설의 거동을 Fig5에 나타냈다.
기존의 라운드형태의 가드레일 단부처리시설과 단부판을 이용한 단부처리시설의 성능비교 또한 함께 분석하고자 한다. 최근 개발되고 있는 충격흡수형식의 단부처리시설을 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석하기 위하여 Slip-base 형태의 레일 및 지주의 거동을 결정짓는 볼트의 장력을 보다 정확하게 모델링하는 기법을 이용하고자 한다.

대상 데이터

ET1, ET2 등급의 충돌 시험 중 15°충돌의 경우 실물 충돌시험은 성토부 비탈면에서 실시하지만 시뮬레이션에서는 평지를 대상으로 하였다.
한편 Fig3의 볼트 체결 Slip-base의 실물 인장시험은 한국 건설 생활환경시험연구원에서 실시하였다. Slip-base에 사용된 강판은 SS400강종으로 실제 차량방호울타리의 바닥판에 사용되는 재료를 이용하였으며 시험 속도는 10mm/min으로 slip-base 시편이 완전히 분리되는 길이까지 이동시켰다. 시험 결과 M16 볼트의 경우 약 15mm 정도 변위가 발생했을 때 9.
한국도로공사 산하의 도로교통연구원 충돌시험장에서 실물 충돌 시험을 진행 하였다. 실물충돌시험의 경우 충돌 차량을 직접 준비해야 하며, 충돌 대상 시설물의 제조 및 설비 또한 시험 의뢰자가 직접 준비하여야 한다.

이론/모형

컴퓨터 시뮬레이션에 사용된 프로그램은 상용해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하였다.(LSTC, 2007)

성능/효과

(2) 실물충돌 시험을 통한 탑승자 위험도 분석 결과 ET1등급은 탑승자보호성능 THIV 19km/h, PHD 12g, ASI 0.8, ET2등급은 THIV 33km/h, PHD 12g, ASI 0.9로 실물충돌 시험 시 국내 기준인 THIV 44km/h, PHD 20g 이하를 만족하며 충격흡수 성능을 포함하고 있음을 확인 할 수 있었다.
성능을 포함하고 있음을 확인 할 수 있었다. (3) 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 탑승자 위험도 분석 결과 ET1등급은 탑승자보호성능 THIV 22km/h, PHD 11.4g, ASI 0.9, ET2등급은 THIV 39km/h, PHD 18g, ASI 1.4로 실물충돌 시험 시 국내 기준인 THIV 44km/h, PHD 20g 이하를 만족하는 것을 확인 할 수 있었다. 실물충돌 시험과 비교하여 THIV는 14%, 15% 로 등급에 따라 차이를 보이며 PHD의 경우 5%, 35%로 차이를 보였다.
(4) 탑승자위험도를 분석하였을 때 단부처리시설의 정면충돌 조건임에도 일반적인 노측용 방호울타리의 20° 충돌각도 충돌 기준인 THIV 33km/h, PHD 20g에 근접한 성능을 나타내는 것은 제안하는 모델의 충격흡수 성능이 작동하기 때문인 것으로 생각된다.
(5) 충돌 속도가 높아질수록 충격도 또한 커지게 되며 높은 충격하중으로 인하여 단부처리 시설의 부재들이 분리되는 현상이 발견되었다. 부재를 연결하는 연결재의 형상에 대하여 보완 할 필요성이 대두된다.
4°로 75°이하의 값을 가졌다. ET2의 탑승자보호성능은 THIV 39km/h, PHD 18g, ASI 1.4로 국내기준에 만족하는 값을 보였다. 변형거리는 4.
15를 적용하였다. 볼트의 축력이 정상적으로 구현됨을 확인 할 수 있었으며, 볼트의 크기 변화에 따른 축력 변화도 측정할 수 있었다. Fig2에서처럼 볼트가 정상적으로 고정된 상태에서 Slip-base 판이 분리되는 현상이 정상적인 형태로 시뮬레이션에 나타났다.
볼트의 해석 결과를 보면 M16의 경우 최대 인장하중이 약 8.9kN 정도로 측정되었으며, M18의 경우 약 32kN 정도로 측정되었다. Slip-base 사이의 마찰력은 일반적인 Steel의 정마찰계수 0.
8, ET2등급은 THIV 33km/h, PHD 12g, ASI 0.9로 실물충돌 시험 시 국내 기준인 THIV 44km/h, PHD 20g 이하를 만족하며 충격흡수 성능을 포함하고 있음을 확인 할 수 있었다.
(1) 기존에 도로상에 설치되는 라운딩 된 단부처리시설과 비교하여 차량의 관통현상이 나타나지 않는다. 시뮬레이션을 통하여 단부처리시설이 차량에 관통되는 현상을 표현하는 것은 어려웠으나, 개발한 단부처리시설에 대하여 실물충돌시험 결과를 확인하였을 때, 차량관통에 대한 부분에서 좋은 성능을 보임을 확인 할 수 있었다.
Slip-base에 사용된 강판은 SS400강종으로 실제 차량방호울타리의 바닥판에 사용되는 재료를 이용하였으며 시험 속도는 10mm/min으로 slip-base 시편이 완전히 분리되는 길이까지 이동시켰다. 시험 결과 M16 볼트의 경우 약 15mm 정도 변위가 발생했을 때 9.9kN의 인장하중이 측정되었고, M18 볼트의 경우 약 27mm 정도 변위가 발생했을 때 30.7kN 정도로 측정되었다.
4로 실물충돌 시험 시 국내 기준인 THIV 44km/h, PHD 20g 이하를 만족하는 것을 확인 할 수 있었다. 실물충돌 시험과 비교하여 THIV는 14%, 15% 로 등급에 따라 차이를 보이며 PHD의 경우 5%, 35%로 차이를 보였다. PHD의 경우 충돌 속도 증가에 따라 값의 차이가 크게 나타났다.
시뮬레이션 시 차량의 거동 및 단부처리시설의 거동을 Fig5에 나타냈다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 ET1 등급의 탑승자보호성능 THIV 22km/h, PHD 11.4g, ASI 0.9 로 국내기준에 만족하는 값을 보였다. Roll, Pitch 각도는 -8.
에 ET1 등급 시험의 측면 충돌 이후 단부처리시설의 시험 결과를 나타냈다. 탑승자보호성능 THIV 19km/h, PHD 12g, ASI 0.8로 국내기준에 만족하는 성적을 받았다. 정면충돌 시 단부처리시설의 변형거리는 1.

후속연구

(6) 이 논문에서 제안하는 단부처리시설의 경우 도로안전시설 설치 및 관리지침의 기준을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 그러나 부재의 분리를 방지하며 파단에 의한 에너지 흡수성능을 보다 보완하여 레일에 충격 파단(Breakaway)을 적용한 단부처리 시설과 비교하는 연구가 필요할 것이라 생각된다.
국내에 상용되는 제품들은 실물 충돌 시험과 구조적 성능 검토를 거치지 않았으며 과거의 연구 중에도 단부처리 시설에 대한 연구는 없는 상황이다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 레일의 차량 관통 현상을 표현하는 것은 어렵지만, 새로이 제안하는 모델과의 비교를 통하여 성능 평가가 이루어 질 수 있을 것이다. Fig4에 나타난 제안모델은 기존 모델들과 다르게 하부에 슬립베이스를 적용하여 제안하는 모델은 차량관통을 방지하기 위하여 단부판과 슬립 베이스 판, 슬라이딩 레일, 상·하부 지주 그리고 레일과 지주의 연결용 블록아웃으로 구성되어 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	단부처리시설이란?	차량방호울타리의 구조적 성능이 기대 수준 이상으로 유지가 되어야지만 운전자 혹은 차량 탑승자의 생명을 보호해 줄 수 있게 된다. 단부처리시설은 방호울타리의 끝단에 설치되며 차량 충돌 시 가드레일이 차량에 관통하는 현상을 방지함과 동시에 충격을 흡수하는 형태의 시설물이다. 이러한 차량방호울타리의 개발을 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 반복해석을 수행함으로서 다양한 변수에 적절히 대응하는 방호울타리를 개발할 수 있을 것이다.
	국내 차량방호울타리의 설치 규정은 무엇을 기준으로 하는가?	국내 차량방호울타리에 대한 설치 규정은 ‘도로안전시설 설치 및 관리지침 - 차량방호 안전시설 편 (2014)’을 기준으로 한다.(국토교통부, 2014) 단부처리시설은 주행로를 벗어난 차량의 충격에너지를 흡수하여 차량을 안전하게 멈추게 하거나 차량의 방향을 복귀시켜 주는 기능을 갖추어야 한다.
	유한요소모델은 모델링 시 어떠한 요소를 사용하는 것이 유리한가?	고차의 형상함수를 사용하면 이를 어느 정도 완화할 수 있지만, 상용 프로그램에서 고차의 형상함수를 지원하는 경우는 드물다. 따라서 모델링 과정에서 이를 고려하여 정방의 요소를 사용하는 것이 유리하다고 할 수 있다. 볼트는 나사산이 존재하지만 나사산을 통한 결합을 유한요소해석으로 표현하는 것은 상당히 어려운 일이다.

참고문헌 (9)

Mingyun Nam(2007)Theoretical analysis methods collision speed and impact acceleration of the occupant, Kongju National University Master's Thesis
Dongsung Kim(2012)Vehicle speed - Vehicle safety protection facilities design, Kongju National University doctoral dissertation by the time history
Kyungju Kim(2014),Hiers designed vehicle collision load calculation and application methods for using crash simulation, Kongju National University doctoral thesis
Ministry of Land(2014),Road safety facility installation and care instructions: Part 3 car side protective safety equipment
TomaS D. Gillerspie(1992), Fundamentals of Vehicle Dynamics, Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale, PA.
John D. Ried(2004),Detailed modeling of bolted joints with slippage, Finite elemets in analysis and design
LSTC(2007), LS-DYNA Keyword User's Manual, Livemore Software Technology Corporation, California.
AASHTO(2011), Roadside Design Guide 4th Edition, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C..
NCAC(2012), Public Finite Element Model Archive, National Crash Analysis Center, Washington, D.C..

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