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동등체적을 갖는 중공축의 변위거동 안전성에 관한 유한요소해석
Finite Element Analysis on the Displacement Behavior Safety of Hollow Shafts with Equivalent Volume 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.20 no.3, 2016년, pp.73 - 77  

김청균 (홍익대학교 트리보.메카.에너지기술 연구센터)

초록
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본 연구에서는 여러 가지의 절단면 형상을 구비한 중공축이 동등한 최적을 갖는 경우에 대한 변위거동 안전성을 유한요소법으로 해석하였다. FEM 해석결과에 의하면, 외측튜브, 중간튜브, 내측튜브와 이들 튜브 사이를 연결하기 위해 X-타입 또는 Y-타입의 칼럼을 설치하였을 때 중공축 길이의 중간부에서 발생하는 최대 변위량을 줄여주는 것으로 나타났다. 특히, 하중을 지지하기 위해 구비된 X-타입 또는 Y-타입의 칼럼을 위상차 없이 외측튜브와 내측튜브를 중심축을 향해 직접 연결하면 중공축의 변위량을 줄이는 효과가 있는 것으로 나타났다. 그리고 동등한 체적을 갖는 중공축에서 발생하는 수직 변위량을 줄여주고, 변위거동 안전성을 높이기 위해서는 하중을 지지하기 위한 칼럼의 두께를 두껍게 설계하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the displacement behavior safety of hollow shafts with an equivalent volume for various cross sectional area using a finite element method. The FEM results indicate that the hollow shafts with X-type or Y-type columns between outer tube, middle tube and inner tube may reduce a ma...

주제어

#hollow shaft   #column   #maximum displacement   #equivalent volume   #FEM  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 중공축에 대한 경량설계 기준을 유지하면서 변형거동 안전성을 FEM[3]으로 해석하고자 한다. 특히 동등한 체적을 갖는 중공축에서 절단면의 형상, 칼럼의 두께와 외경의 크기를 달리한 중공축의 변위거동 안전성을 상대적으로 비교 고찰하고자 한다.
  • 본 연구에서는 중공축에 대한 경량설계 기준을 유지하면서 변형거동 안전성을 FEM[3]으로 해석하고자 한다. 특히 동등한 체적을 갖는 중공축에서 절단면의 형상, 칼럼의 두께와 외경의 크기를 달리한 중공축의 변위거동 안전성을 상대적으로 비교 고찰하고자 한다.

가설 설정

  • 또한, 중공축에는 Fig. 3에서 보여준 것처럼 축방향을 따라서 균일하게 작용한다고 가정하고 해석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원통형의 회전축 또는 중공축을 사용하는 이유는? 가스터빈이나 송풍기, 압축기 등에서 동력을 전달하기 위해서는 원통형의 회전축 또는 중공축을 사용한다. 이들 회전축은 변형거동, 응력강도 등에 관련된 강도 안전성이 확보되어야 회전하중을 지지하는 베어링의 부하를 줄이면서 전달력을 충분히 확보할 수 있다.
회전축의 절단면을 어떠한 형상의 중공축으로 설계하느냐가 큰 관심사인 이유는? 특히 대형 회전축에서는 베어링에 전달되는 회전하중을 줄이기 위한 경량화가 중요한 설계요소이기 때문에 회전축의 절단면을 어떠한 형상의 중공축으로 설계하느냐가 큰 관심사이다.
중공축의 변위강도 안전성이 크게 향상되었다는 것을 의미하는 것은? 또한, 모델 5의 직경은 340mm이고 발생한 최대 변위량은 0.358mm이지만, 칼럼의 두께를 두껍게 설계한 모델 5A의 경우는 직경이 300mm로 줄어들고 최대 변위량은 0.306mm로 14.5%나 크게 감소한 결과를 보여준다. 이렇게 줄어든 최대 변위량은 결국 중공축의 변위강도 안전성이 크게 향상되었다는 것을 의미한다.
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참고문헌 (5)

  1. Chung Kyun Kim, "Characteristic Analysis of Displacement Behavior of Hollow Rollers with Cross Sectional Area Profiles", J. of the KIGAS, Vol. 19, No.4, pp.55-61, (2015) 

  2. Chung Kyun Kim, "A Study on the Displacement Behavior Safety of Cylindrical Hollow Rollers", J. of the KIGAS, Vol. 18, pp.41-45, (2014) 

  3. "NX NASTRAN 7.5", (2011) 

  4. http://matweb.com, (2013) 

  5. Robert E. Reed-Hill, "Physical Metallurgy Principles", Litton Edu. Publishing, Inc., (1973) 

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