[논문]강재 절단을 위한 장약용기의 개발과 절단 성능 평가

박훈; 민경조; 조상호; 석철기

강재 절단을 위한 장약용기의 개발과 절단 성능 평가
Development of Charging Container for Cutting Steel Plate and Evaluation of its Cutting Performance 원문보기

화약·발파 = Explosives & blasting, v.36 no.2, 2018년, pp.10 - 18

박훈 ((주)코리아카코) , 민경조 (전북대학교 자원에너지공학과) , 조상호 (전북대학교 자원에너지공학과) , 석철기 ((주)코리아카코)

초록
AI-Helper

철골 구조물의 발파해체에 사용하는 성형폭약은 국내외 대부분의 경우에 사용이 제한적이거나 수급이 불가능하여 적용하지 못하는 경우가 많이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 산업용 폭약을 사용하여 금속 제트가 발생할 수 있는 장치가 필요하다. 본 연구에서는 금속 제트가 발생하는 강재 절단용 장약용기를 제작하였다. 절단 성능 실험을 통해 두께 25mm의 강판에 대한 장약용기의 절단 성능을 평가하였다. 또한 침투 과정 수치 모사와 절단 성능 실험에서의 결과를 비교하고, 두께 35mm와 70mm의 강판에 대한 절단 성능을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The shaped charge is used in explosive demolition of steel frame structure, but it was often not used because it was limited to use or impossible to supply at domestic and foreign. To solve this problem, we needed a device that could generate matal jets using industrial explosive. In this study, we made a charging container, which metal jets were generated when explosives were detonated. Cutting performance tests were carried out to evaluate the effect of cutting of a charging container on a steel plate of 25mm thickness. In addition, we compared the results between the numerical simulation of penetration process and cutting performance tests and then was evaluated a cutting performance for steel plates of 35mm and 70mm thickness.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

제안 방법

본 실험에서는 강재 절단용 장약용기를 이용하여 강재를 절단하기 위해 장약용기 내에 에멀젼계 폭약을 충진하였다. 먼저 제작된 장약용기 내부는 아세톤을 사용하여 이물질을 제거하였으며, 라이너의 벽면부터 일정하게 폭약을 충진하였다.
본 연구에서는 이러한 발파해체 공법에 적용하기 위해 금속 제트가 발생하는 강재 절단용 장약용기를 직접 제작하고, 절단 성능 실험과 하이드로코드(Hydrocode)인 LS-DYNA를 활용하여 침투 과정 수치 모사를 통해 제작된 강재 절단용 장약용기의 성능을 평가하였다.
본 연구에서는 철골 구조물의 발파해체에서 강재 절단을 위해 금속 제트가 발생하는 강재 절단용 장약 용기를 제작하고, 절단 성능 실험 결과와 침투 해석 결과를 비교하여 강재 절단용 장약용기의 성능을 평가한 것으로 그 결과는 다음과 같다.
침투 해석을 이용하여 두께 35mm와 두께 70mm 강재의 절단 성능을 검토하였다. 두께 35mm 강재의 경우에는 두께 25mm의 침투 해석과 동일하게 강재의 상부에 장약용기를 설치하여 해석하였고, 두께 70mm 강재의 경우에는 강재의 상부와 하부에 동일한 장약 용기를 설치하여 해석하였다.

대상 데이터

강재 절단용 장약용기는 두께 2.5mm, 재질은 순도 99.9%의 구리판을 M자 형으로 절곡하여 제작하였다. 라이너의 각도는 90°이고, 양측면부의 각도는 45°로 각각의 곡률반경은 2.
강재 절단용 장약용기의 절단 성능을 확인하기 위해 실험체는 2가지(TB-1, TB-2)로 제작하였다. 실험체는 길이는 600mm, 폭은 300mm, 그리고 두께는 25mm인 구조용 일반강재(SS400)인 강판이다.
강판 및 장약용기의 구리 라이너에 적용된 재료모델은 앞서 기술한 JC 모델로써, 재료모델의 입력물성은 표 2와 같다.
침투 해석을 이용하여 두께 35mm와 두께 70mm 강재의 절단 성능을 검토하였다. 두께 35mm 강재의 경우에는 두께 25mm의 침투 해석과 동일하게 강재의 상부에 장약용기를 설치하여 해석하였고, 두께 70mm 강재의 경우에는 강재의 상부와 하부에 동일한 장약 용기를 설치하여 해석하였다. 그림 10은 두께 35mm와 두께 70mm의 강재의 침투 해석 결과 전⋅후를 오버랩(Overlap)하여 나타낸 것이다.
강재 절단용 장약용기의 절단 성능을 확인하기 위해 실험체는 2가지(TB-1, TB-2)로 제작하였다. 실험체는 길이는 600mm, 폭은 300mm, 그리고 두께는 25mm인 구조용 일반강재(SS400)인 강판이다.
25mm이다. 장약용기 고정장치와 강판을 고정하기 위해 아연도금 육각 볼트 M6(직경 6mm, 길이 35mm)를 사용하였으며, 장약 용기 고정장치와 장약용기와의 고정은 아연도금 육각볼트 M6(직경 6mm, 길이 10mm)를 사용하였다. 각각의 고정 연결 구멍은 반경 3.
5mm이다. 장약용기의 길이는 500mm이고, 내부의 폭과 높이는 각각 50mm이고 외부의 폭과 높이는 각각 55mm, 52.5mm이다. 그림 1은 강재 절단용 장약용기의 단면도와 제작된 형상을 나타낸 것이다.

이론/모형

본 수치 모사를 수행하기 위하여 ALE(Arbitary Lagrange Eulerian) 해석 기법이 적용되었으며, ALE 기법은 대변형에 대한 물질좌표계 해석 기반의 라그랑지안 기법의 단점을 보완하기 위한 기법으로 주로 폭발 및 유체 해석에 적용되고 있다.
본 연구는 강재 절단용 장약용기의 금속 제트 발생에 의한 강판의 침투 현상을 모사하기 위하여 LS-DYNA를 활용하였다. LS-DYNA는 일종의 하이드로코드로써, 충격파의 전파로 인한 재료의 응력, 변형률, 속도 등을 시간과 변위에 대한 함수로 연산하는 코드이다.
본 해석에서는 금속의 탄소성 해석과 동적 거동(변형률 속도 효과)을 모사할 수 있는 JC(Johnson-Cook)재료모델을 사용하였으며, JC 구성방정식에서 인장강도 σ는 식 (1)과 같이 표현된다(Johnson and Cook, 1985).

성능/효과

1) 절단 성능 실험 결과, Run-up 구간은 90mm, Run-down 구간은 88.5mm로 측정되었으며, 두께 25mm 강판을 완전히 절단하는 구간은 50.3mm로 확인되었다.
2) 장약용기를 이용한 강판 절단 시 장약용기의 길이는 절단 구간보다 최소 50mm 이상 긴 장약용기를 설치해야 한다.
3) 최대 절단 구간에서의 절단 구간 폭은 평균 20mm, 절단면의 깊이는 평균 40mm로 측정되었다.
4) 침투 해석에서는 절단 성능 실험 결과보다 절단 깊이는 80%, 절단 폭은 70%의 결과를 나타냈으며, 침투 해석 시 강판의 경계조건에 의한 오차로 판단된다.
5) 침투해석을 이용하여 두께 35mm와 두께 70mm 강재의 절단 성능을 평가한 결과, 모두 완전히 절단되었으며, 실제 강재 절단에서도 완전히 절단할 수 있는 절단 성능을 가지고 있는 것으로 판단된다.
강재 절단용 장약용기의 금속 제트 발생에 의한 시간에 따른 두께 25mm 강판의 침투 현상을 모사한 결과는 그림 7과 같다. 도폭선이 기폭된 후 장약용기의 하부에서 금속 제트가 형성되고, 50㎲에 절단 대상 강판에 금속 제트가 도달하였다. 이후 금속 제트가 강판에 침투되면서, 강판이 절단되었다.
그림 10은 두께 35mm와 두께 70mm의 강재의 침투 해석 결과 전⋅후를 오버랩(Overlap)하여 나타낸 것이다. 두 강재 모두 완전히 절단되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 두께 70mm 강재의 경우에는 상부와 하부에서 동시에 기폭 하여 강재의 상부와 하부에 폭발압력이 동일하게 작용함으로써 상부에서 기폭하는 두께 25mm, 35mm 강재의 최종 절단 형상과는 다르게 휨이 발생되지 않았다.
따라서 본 실험에 사용된 강재 절단용 장약용기는 두께 35mm의 강판도 충분히 절단할 것이고, 최대 두께 40mm의 강판 절단도 가능할 것으로 판단된다.
3mm 이격된 구간이었다. 따라서 장약용기를 이용한 강판을 절단 시 장약용기의 길이는 강판의 절단구간 양 끝단에서 최소 50mm 이상 길어야 한다는 것을 확인하였다.
따라서 침투 해석 결과 강재 절단용 장약용기는 단면 기폭 시 두께 35mm의 강판을 절단할 수 있고, 양면 동시 기폭 시 두께 70mm의 강판을 절단할 수 있는 절단 성능을 가지고 있을 것으로 판단된다
그림 9는 TB-2의 절단 성능 실험 결과와 침투 해석 결과를 비교한 것이다. 앞서 언급했듯이 절단 성능 실험에서는 절단 깊이는 평균 40mm, 절단 폭은 평균 20mm로 나타났다. 침투 해석 결과에서는 절단 깊이는 최대 32.
최대 절단 구간에서의 절단 구간 폭은 평균 20mm이고, 절단면의 깊이는 평균 40mm로 측정되었다.
5mm이었다. 최대 절단 구간은 321.5mm이었고, 두께 25mm 강판을 완전히 절단하는 구간은 기폭이 시작되는 장약용기의 끝단에서부터 50.3mm 이격된 구간이었다. 따라서 장약용기를 이용한 강판을 절단 시 장약용기의 길이는 강판의 절단구간 양 끝단에서 최소 50mm 이상 길어야 한다는 것을 확인하였다.

후속연구

향후 절단 성능의 한계, 사용의 제한, 수급의 불가에 따른 성형폭약 대용으로 강재 절단용 장약용기를 사용함으로써 향후 다양한 철골 구조물의 발파해체에 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 절단하고자 하는 강재의 두께에 따른 장약용기의 다양한 재질과 두께에 따른 이격거리, 장약량에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.
향후 절단 성능의 한계, 사용의 제한, 수급의 불가에 따른 성형폭약 대용으로 강재 절단용 장약용기를 사용함으로써 향후 다양한 철골 구조물의 발파해체에 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 절단하고자 하는 강재의 두께에 따른 장약용기의 다양한 재질과 두께에 따른 이격거리, 장약량에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선형 성형폭약에 적합하지 않는 폭약에는 어떤 것이 있는가?	일반적으로 선형 성형폭약(LSC: Linear Shaped Charge) 에 충진되는 폭약은 고폭속, 고압력의 폭약을 사용한다. 4500m/s 이하의 폭속을 가지는 폭약은 대체로 낮은 절단 성능을 가지므로 선형 성형폭약에 적합하지 않다. 또한 충진 작업 시 폭약 내에 공동, 기포, 불순물이 없어야하며, 특히 폭약은 일정하게 라이너의 벽면에 부착되어야 한다(Vječislav et al.
	국내외 대부분의 경우에 성형폭약의 절단 성능의 한계, 성형폭약의 사용의 제한, 수급이 불가능한 여건에 의해 발파해체 공법을 적용하지 못하는 경우가 발생하고 있는데 이에 대한 해결 방안은 무엇인가?	그러나 국내외 대부분의 경우에 성형폭약의 절단 성능의 한계, 성형폭약의 사용의 제한, 수급이 불가능한 여건에 의해 발파해체 공법을 적용하지 못하는 경우가 발생하고 있다(박 훈 외, 2018). 따라서 산업용 폭약을 이용하여 강재를 절단하기 위해서는 금속 제트가 발생할 수 있는 장치를 사용함으로써 이를 해결할 수 있다.
	선형 성형폭약에는 일반적으로 어떤 폭약을 사용하는가?	일반적으로 선형 성형폭약(LSC: Linear Shaped Charge) 에 충진되는 폭약은 고폭속, 고압력의 폭약을 사용한다. 4500m/s 이하의 폭속을 가지는 폭약은 대체로 낮은 절단 성능을 가지므로 선형 성형폭약에 적합하지 않다.

참고문헌 (5)

박훈, 석철기, 노유송, 2018, 강재 절단용 장약용기를 이용한 철골 교량 발파해체 시공사례, 화약.발파(대한화약발파공학회지), Vol. 36, No. 1, pp. 20-32.
Johnson, G.R. and W.H. Cook, 1985, Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures, Engineering fracture mechanics, Vol. 21, No. 1, pp. 31-48.

상세보기
Lee, E.L., H.C. Horning and J.W. Kury, 1968, Adiabatic expansion of high explosives detonation products(TID 4500-UCRL 50422), Lawrence Livermore National Laboratory, University of California, Livermore.
Lim, S., 2012, Steady state equation of motion of a linear shaped charges liner, International Journal of Impact Engineering, Vol. 44, pp. 10-16.

상세보기
Vjecislav, B., M. Dobrilovic and V. Skrlec, 2014, THE EFFICIENCY OF LINEAR SHAPED CHARGES, Tehnicki vjesnik, Vol. 21, No. 3, pp. 525-531.

저자의 다른 논문 :

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