[논문]이중충격파의 충격파형 동특성 분석에 근거한 충격시험장치의 순차적 설계

강민식; 설창원

doi:10.9766/kimst.2017.20.1.098

이중충격파의 충격파형 동특성 분석에 근거한 충격시험장치의 순차적 설계
A Sequential Design of Dual Pulse Generation System Based on Dynamic Analysis of Pulse Shape 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.20 no.1, 2017년, pp.98 - 107

강민식 (가천대학교 기계공학과) , 설창원 (국방과학연구소 제7기술연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

Electric components equipped with naval shipboards must endure mechanical shock caused by various mechanical impulsive sources. Thus the components must be designed carefully and reliability test is an essential procedure before use. In this study, a new design technology applicable to a large and heavy shock generation system which can generate various specific real mechanical shocks in specified time domain was introduced. Commonly, the shock transmitted through the wall of naval shipboard consists of dual shocks. The primary shock is of a very high amplitude and very short period half-sine form. The following shock is of an exponentially decaying harmonic form of relatively longer period. Based on the different dynamic characteristics of two shocks, we proposed a sequential design procedure to determine spring and damping coefficients of the generation system. Some numerical simulation results showed the feasibility of the proposed method.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

2가 3-자유도계이므로 전체계를 대상으로 설계 변수를 한 번에 해석적으로 구하는 것은 매우 난해하다. 따라서 본 연구에서는 시스템 전체를 동시에 설계하는 어려움을 피하기 위해 주어진 충격파형의 동력학적 특성을 고려하여 순차적 설계와 후속적인 보정 방법을 이용하는 새로운 설계 방법을 제안한다.
이중충격파형 충격시험기는 해상/수중 운반체의 생존성 평가를 위한 시험장비이다. 본 연구에서는 주어진 이중충격파형을 구현할 수 있는 충격시험기의 스프링 강성 및 댐퍼의 감쇠계수 설계방법을 새로이 제안하였다. 본 제안은 시스템 전체를 동시에 설계하는 복잡함을 피하기 위해 주어진 충격파형의 동력학적 특성을 고려하여 1-차 충격파와 2-차 충격파를 독립적으로 구분하여 설계하는 순차적 설계방법을 제안하였 으며, 순차적 설계에 의한 최종 오차를 보정하는 방법을 추천하였다.

가설 설정

(ⅱ) 스프링 k2가 질량 m₂에 가하는 힘은 m₂ 와 m₃의 상대적 변위에 비례하며, (i)의 가정에 따라 1-차 충격파 구간에서 스프링 k₂가 m₂ 에 가하는 힘은 무시할 수 있다.
2의 3-자유도계를 대상으로 해야 하므로 쉽지 않다. 본 연구에서는 1-차와 2-차 충격파의 펄스 폭의 차이가 크다는 관점에서 다음과 같은 가정을 세우고, 이에 근거한 순차적 설계 방법을 제안한다^[6] .

제안 방법

본 연구에서는 주어진 이중충격파형을 구현할 수 있는 충격시험기의 스프링 강성 및 댐퍼의 감쇠계수 설계방법을 새로이 제안하였다. 본 제안은 시스템 전체를 동시에 설계하는 복잡함을 피하기 위해 주어진 충격파형의 동력학적 특성을 고려하여 1-차 충격파와 2-차 충격파를 독립적으로 구분하여 설계하는 순차적 설계방법을 제안하였 으며, 순차적 설계에 의한 최종 오차를 보정하는 방법을 추천하였다. 제안한 설계방법의 타당성을 검증하기 위해 시뮬레이션을 실시하였으며, 시뮬레이션 결과를 통해 적용 가능성을 확인하였다.
이 상의 가정을 전제로 1-차 충격파와 2-차 충격파 구간을 구분하여 서로 독립적으로 설계한 뒤, 전체 모델을 대상으로 통합 시뮬레이션을 통해 설계 파라미터를 미세조정(Fine Tuning)한다. 즉, 다음의 단계로 설계한다.

대상 데이터

이 충격 파형은 앞 부분의 큰 가속도-짧은 폭의 1-차파와 후반부의 작은 가속도-긴 폭의 2-차파로 구분할 수 있다. Fig. 2는 Fig. 1의 이중펄스 발생에 사용되고 있는 지상충격시험장치의 동력학적 등가도이며^[6-8] , 본 연구의 대상이다.

데이터처리

본 제안은 시스템 전체를 동시에 설계하는 복잡함을 피하기 위해 주어진 충격파형의 동력학적 특성을 고려하여 1-차 충격파와 2-차 충격파를 독립적으로 구분하여 설계하는 순차적 설계방법을 제안하였 으며, 순차적 설계에 의한 최종 오차를 보정하는 방법을 추천하였다. 제안한 설계방법의 타당성을 검증하기 위해 시뮬레이션을 실시하였으며, 시뮬레이션 결과를 통해 적용 가능성을 확인하였다.

이론/모형

앞에서 제안한 충격시험기 설계방법의 타당성을 검증하기 위해 MatLab/Simulink(R2008a)를 이용한 시뮬레이션을 실시하였다. 주어진 설계 조건 및 설계된 파라미터는 Table 3과 같다.

성능/효과

결론적으로 큰 감쇠의 2-차 충격파가 요구되는 경우 질량 를 작도록 설계해야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수중에서 발생된 충격파는 함정에 어떤 영향을 주는가?	이 충격은 함정의 외벽 구조물을 통해 함정에 탑재되어 있는 각종 장비에 전달된다. 특히 수중에서 발생된 충격파는 함정 외벽 구조물에 매우 큰 가속도와 짧은 펄스폭의 충격을 야기하는 특징이 있으며, 이로 인해 탑재장비에 큰 충격력을 전달하게 된다 [1-3] .
	함정 탑재 장비의 설계에 고려되어야할 사항은 무엇인가?	함정 탑재 장비는 이러한 충격에도 생존성을 유지 해야 되므로 설계 단계에서부터 내충격성을 고려해야 되며, 제작된 이후 생존성 검증실험이 필수적이다. 내충격성 검증 실험은 실선 수중폭파 시험이 가장 명확 하나 이는 고비용일 뿐 아니라 안전과 환경 측면에서 효과적이지 않다.
	내충격성 검증 실험을 대체하는 실험은 무엇인가?	내충격성 검증 실험은 실선 수중폭파 시험이 가장 명확 하나 이는 고비용일 뿐 아니라 안전과 환경 측면에서 효과적이지 않다. 대안으로 상대적으로 비용이 저렴할뿐 아니라 정규화된 충격파형을 반복적으로 재현할 수있는 지상 충격시험이 널리 활용되고 있다[4-9] .

참고문헌 (14)

Military Specification, MIL-S-901D, "Shock Tests, H.I(High Impact) Shipboard Machinery Equipment and Systems. Requirements for," 1989.
Military Specification, BV043, "Germany Defence Naval Ship Construction Specification for Shock Safety", 1985.
Hijkoop, G., Korse, T. H., Lemmen, P.P.M., Romeijn, E. and Klkman, P., "On the Development of a High Performance Shock Testing Machine for Navy Underwater Shock," 64th Shock and Vibration Symposium, Vol. PT, pp. 483-492, 1993.
G. Wang, Z. Zhang, D. Chu, and R. Shen, "Analysis and Simulation on the Mechanism of a Novel Dual-Wave Shock Test Machine," Chinese Journal of Mechanical Engineering, Vol. 21, No. 1, pp. 91-99, 2008.
Z. Y. Zhang, G. X. Wang, and Y. Wang, "Numerical Modeling of Dual-pulse Shock Test Machine for Simulating Underwater Explosion Shock Loads on Warship Equipments," J. Shanghai Jiatong Univ. Vol. 14(2), pp. 233-240, 2009.

상세보기
M. S. Kang, C. W. Seol, T. H. Kim, M. S. Yang, W. G. Song, and G. S. Lee, "A Design of Large and Heavey Dual Shock Generation System," Proceeding of 2014 KSME Annul Conference, pp. 383-388, June, 2014.
Y. J. Kim, T. H. Kim, C. W. Seol, M. S. Yang, C. M. Cho, H. Y. Gu, and H. H. Han, "Structural Design of Dual Pulse Shock Machine," Proceedings of KSAS Annul Conference, Vol. 2013, No. 11, pp. 1083-1083, 2013.
C. W. Shul, T. H. Kim, M. S. Yang, and G. S. Lee, "Development of Large Scale Heavy Weight Shock Testing System," Proceedings of KSME Conference, pp. 377-382, 2014.
T. H. Kim, C. W. Shul, M. S. Yang, and G. S. Lee, "An Analytic Investigation on the Implementation Method for Required Signal of Heavy Weight Shock Test Machine," Proceedings of KSME Annul Conference, pp. 400-405, 2014.
Shul C. W., Kim T. H., Kim, Y. J., Yang, M. S., and Lee G. S, H. H., "Feasibility Study on Development of Horizontal Type Shock Testing Machine Using MR Damper," Proceedings of KSAS Annul Conference, Vol. 2013, No. 11, pp. 1075-1078, 2013.
G. S. Lee, C. H. Ahn, T. H. Kim, and C. W. Shul, "The Study of Design and Experimental Evaluation of MR-Damper for High Speed Impact Test," Proceedings of KSAS Annul Conference, pp. 1087-1090, 2013.
H. C. Kim, J. S. Oh, S. B. Choi, C. W. Shul, T. H. Kim, M. S. Yang, and G. S. Lee, "Tuning Capability of Shock Wave Profile using MR Damper : An Experimental Investigation," Proceedings of KSME Annul Conference, pp. 394-399, 2014.
G. S. Lee, H. W. Koo, C. W. Shul, T. H. Kim, and M. S. Yang, "Analysis for the Design of Impact Tester Reconstructing Dual Shaped Impulsive Acceleration with MR Damper," Proceedings of KSME Annul Conference, pp. 389-393, 2014.
F. Golnaraghi and B. C. Kuo, Automatic Control Systems-8'th ed., p. 281, John Wiley & Sons, Inc., 2006.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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