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[국내논문] SMG 유체를 이용한 소형댐퍼의 성능평가
Performance Evaluation of Small Dampers Using SMG Fluid 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.23 no.4, 2019년, pp.211 - 219  

허광희 (건양대학교 해외건설플랜트학과) ,  전승곤 (충남도립대학교 건설정보학과) ,  서상구 (충남도립대학교 건설정보학과) ,  김대혁 (건양대학교대학원 재난안전소방학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, SMG(Smart Material with Grease) was developed, which was improved the precipitation minute particle in grease during long term standstill. Also, small-sized cylinder damper equipped with an electromagnet in a piston was developed for using a performance evaluation of the damper with S...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • MR 유체의 재료 분리 및 침전에 대한 단점을 보완하기 위하여 반고체형 리튬 비누기가 포함되어 있는 ZIC 사의 ‘ZIC ROYAL GREASE 2를 Load사의 MR 유체와 혼합하여 재료 분리 및 침전 문제를 보완한 SMG 유체를 개발하기 위한 연구를 수행하였다.
  • 3 A 이상의 전류 공급에서는 크지 않은 제어력의 증가 폭을 확인할 수 있다. 따라서 본 연구에서 제작된 SMG 댐퍼는 0 A에서 0.3 A 범위 내에서 준능동 댐퍼로써의 활용 가능성을 확인하였다. 또한, SMG 댐퍼의 효과적인 동적 모델링을 위해 적용된 Power 모델과 Bingham 모델, 모두 해석모델과 실험결과를 비교한 결과 우수한 일치도를 보임으로써 준능동 댐퍼의 대표적인 거동특성을 확인하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 기존 MR 댐퍼의 장점을 극대화하면서도 기존 MR 유체의 단점인 침전에 대한 문제를 효과적으로 극복할 수 있도록, Grease를 활용한 SMG 유체를 개발하여 개발된 SMG 유체를 적용한 SMG 소형댐퍼를 개발하고자 한다. 또한, 개발된 소형 SMG 댐퍼의 동하중 실험 및 동적 모델링을 통해 준능동 제어장치의 활용 가능성을 평가하고 성능을 검증하여, 향후 국내 건설구조물의 재난 예방을 위한 능동적이고도 효율적인 제어장치 및 제어방법을 제시하는 데 목적이 있다.
  • 따라서 본 연구에서는 기존 MR 댐퍼의 장점을 극대화하면서도 기존 MR 유체의 단점인 침전에 대한 문제를 효과적으로 극복할 수 있도록, Grease를 활용한 SMG 유체를 개발하여 개발된 SMG 유체를 적용한 SMG 소형댐퍼를 개발하고자 한다. 또한, 개발된 소형 SMG 댐퍼의 동하중 실험 및 동적 모델링을 통해 준능동 제어장치의 활용 가능성을 평가하고 성능을 검증하여, 향후 국내 건설구조물의 재난 예방을 위한 능동적이고도 효율적인 제어장치 및 제어방법을 제시하는 데 목적이 있다.
  • 본 연구에서는 Lord 사에서 제공한 기술자료를 참조해 수치 해석적 방법으로 소형 댐퍼를 개발하였다. 소형 댐퍼를 설계함에 있어 수치 해석적 방법을 이용할 경우, 기본 가정 사항으로부터 결정될 수 있는 설계요소는 크게 전체 제어력 및 전자석 코일의 권선(Turns)수 등으로 구분되며, 소형 MR 댐퍼의 전체 감쇠력은 다음 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.
  • 본 연구에서는 MR 댐퍼의 장점을 극대화하면서도 기존 실리콘 기반으로 이루어진 MR 유체의 단점을 효과적으로 극복할 수 있도록 개발된 SMG 유체를 이용한 소형 댐퍼를 개발하였다. 개발된 소형 댐퍼의 성능을 검증하기 위하여 동하중 실험 및 동적 모델링을 통해 준능동 댐퍼의 사용성을 검증하였다.
  • 따라서 장기간 가동이 없었던 MR 유체를 이용한 제어장치는 급작스럽게 발생하는 큰 규모의 진동에 이상 제어력을 발휘함으로써 댐퍼의 파손 및 일부 구조물의 손상 등과 같은 위험요소를 가지고 있다. 이러한 MR 유체의 단점인 자성 입자 침전을 방지하기 위하여 grease를 혼입한 SMG 유체를 개발하였다. 일반적으로 grease는 베이스 오일, 고형분, 기타 첨가제(물) 등으로 구성되는 고체 또는 반고체 형태의 윤활제로 정의된다.

가설 설정

  • 10(b)는 Bingham 모델을 적용하여 얻어진 데이터를 동적하중 실험결과와 비교한 그래프이다. Bingham 모델은 선형거동이 고려된 모델로써 MR 유체의 항복 이후의 특성이 일정하게 나타난다고 가정한다. 따라서 비선형적 특성을 보이는 MR 유체의 항복 이후의 동적 거동특성 모사에서 다소 오차가 발생 할 수 있지만, 본 연구에서는 MR 유체의 항복점 이전까지를 고려하였으므로 동적 모델 결과와 동적 하중실험 결과를 비교하였을 때 근소한 오차를 갖는 선형성 거동을 보였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
grease를 혼입한 SMG 유체를 개발한 이유는 무엇인가? 따라서 장기간 가동이 없었던 MR 유체를 이용한 제어장치는 급작스럽게 발생하는 큰 규모의 진동에 이상 제어력을 발휘함으로써 댐퍼의 파손 및 일부 구조 물의 손상 등과 같은 위험요소를 가지고 있다. 이러한 MR 유체의 단점인 자성 입자 침전을 방지하기 위하여 grease를 혼입한 SMG 유체를 개발하였다. 일반적으로 grease는 베이스 오일, 고형분, 기타 첨가제(물) 등으로 구성되는 고체 또는 반고체 형태의 윤활제로 정의된다.
MR 유체란 무엇인가? 스마트 재료인 MR 유체(Magneto-Rheological Fluid)는 유체(실리콘, 물 등) 내에 미세한 크기의 자성 입자(1~5마이크로미터의 탄소강 미립자)를 혼입함으로써 자기력의 작용이 없을 경우에는 일반 유체처럼 점성 거동을 하다가, 자기력의 영향을 받으면 극히 짧은 시간 내에 입자들이 자기방향으로 정렬됨에 따른 항복 전단응력을 유발시킨다. 즉 MR 유체는 낮은 히스테리시스(Hysteresis)를 갖고 있는 고투자율 자성 입자(Magnetic particles)와 비투자율 유체로 구성된 콜로이드 서스펜션(Colloid suspension)이 혼합된 유체이다. 항복 전단응력을 갖는 MR 유체는 Bingham 유체의 거동양상을 보이며, 이방성(Anisotropic)의 역학적 특성을 나타낸다.
재료 분리 현상이 발생하면 무엇을 할 수 없는가? 이러한 스마트 재료인 MR 유체의 경우, 그 우수한 성능과 여러 활용 가능성에도 불구하고 장기간 유동이 없는 정적상태가 되면 실리콘에 섞여 있는 카보닐 철(Carbonyl Iron) 입자들이 침전되는 재료 분리 현상이 발생하게 된다. 이와 같은 현상은 유사시 제어장치가 즉각적인 진동제어를할 수 없게 만들며, 만약 예상치 못한 외부의 하중이 발생하게 되면, 유체가 충전되어 있는 댐퍼의 파괴 및 댐퍼가 부착되어 있는 구조물의 파괴를 일으킬 수 있음을 지적하였다[12]. 이러한 침전문제를 개선하기 위해 MR유체에 다양한 첨가물을 적용한 실험이 진행되었으며, 특히 3차원 섬유구조체를 형성하는 Grease의 첨가물을 활용하여 유체 내부 미립자의 분산 안전성을 확보하려는 연구들이 이루어졌다[29].
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참고문헌 (32)

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