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조인트를 가진 원통형 구조물의 충격 응답에 관한 실험적 연구
Experimental Study on the Shock Response of a Cylindrical Structure with the Bolted Joint 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.22 no.5, 2019년, pp.581 - 589  

전호찬 (국방과학연구소 제1기술연구본부) ,  송오섭 (충남대학교 기계공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Guided missiles assembled with the bolted joint are subjected to various shock loading conditions while flying in the air and operating on the ground or platform. Especially, It is important to analyze the effect of the shock load on the structure because it affects the structure for a short duratio...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 유도탄 조립에 주로 적용되는 전단및 인장 체결 방식의 적용에 따른 구조물의 충격 하중에 대한 동적 거동의 특성을 분석하는 시험을 수행하여 다음과 같은 결론은 얻었다.
  • 본 연구에서는 충격 하중을 받는 원통형 구조물의 충격 응답 특성을 분석하기 위해 두 개의 부구조물이 전단 또는 인장 방식으로 조립되는 시험 구조물을 설계 및 제작하였다. 이를 이용하여 충격 하중을 모사하는 실험을 수행하여 체결부 전방 및 후방의 가속도를 측정하고, 이를 활용하여 충격 응답 스펙트럼을 분석하여 체결 방식 등에 따른 구조물의 충격 응답 특성에 관하여 논하였다.
  • 이를 이용하여 충격 하중을 모사하는 실험을 수행하여 체결부 전방 및 후방의 가속도를 측정하고, 이를 활용하여 충격 응답 스펙트럼을 분석하여 체결 방식 등에 따른 구조물의 충격 응답 특성에 관하여 논하였다. 이와 같은 실험 및 분석을 통하여 충격 하중이 가해지는 조립형 구조물의 설계에 있어서 그 영향을 최소화할 수 있는 체결부 설계 방안을 제시하고자 한다.
  • 실험에 적용된 시편은 그림에서 나타나 있는 볼트와 와셔의 조합을 8개소 적용하여 제작하였으며, 충격 하중 실험에서 체결부의 풀림을 방지하기 위해 스프링 와셔를 적용하여 조립하였다. 이와 같이 조립 부품 개수를 두 가지 조립 방식에 대하여 동일하게 함으로서 조립 방식에 따른 응답 특성을 비교할 수 있도록 하였다.
  • 실험은 체결 방식이 다른 두 가지 종류의 시편을 활용하여 수행하였으며, 체결 부품(1/4 inch 볼트 또는 스크류)의 적정한 조립 토크인 60 in-lbf뿐만 아니라, 적정 토크보다 크거나 작은 조건(40 in-lbf 및 80 in-lbf)의 체결력을 부가한 조건에서 시험을 수행하였다. 이와 같이 체결 방식의 변화뿐만 아니라 동일 체결 방식에서도 조립 토크의 변화가 구조물의 충격 응답 특성에 어떠한 영향을 미치는지를 실험을 통하여 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
충격 하중에 대한 구조물의 동적 특성을 분석하는 가장 일반적인 방법은 무엇인가 충격 하중에 대한 구조물의 동적 특성을 분석하기 위하여 시험에서 구조물에 부착된 가속도 센서의 출력값을 충격 응답 스펙트럼(Shock Response Spectrum, 이하 SRS)를 통하여 분석하는 것이 가장 일반적인 접근 방법이다. 이러한 충격 응답 스펙트럼은 일련의 1 자유도 감쇠계가 충격에 대하여 갖는 최대 응답으로 정의되며, KS B ISO 18431 - 4 : 2007에서 가속도 입력에 대한 SRS를 계산하는 방법이 규정되어 있다.
유도탄 설계에 꼭 필요한 요소는 무엇인가 또한, 수중 또는 함상에서 보관 및 운용되는 유도탄은 플랫폼 주변에서 발생하는 폭발 등에 의한 충격 하중에 큰 영향을 받게 된다. 유도탄 설계에 있어서 이러한 주변 환경에서의 충격 하중이 가장 큰 하중 요소로 적용되는 경우도 많이 있으므로, 충격 하중에 의한 구조물의 충격 응답 특성을 예측하는 것은 유도탄의 설계에 꼭 필요한 요소이다.
유도탄을 포함한 구조물 제작에 주로 사용하는 방식과 그 이유는 무엇인가 유도탄을 포함한 구조물 대부분은 하나의 부품으로 구성되지 않고 다양한 기능을 하는 여러 개의 부품 또는 부구조물이 조립된 형태로 설계 또는 제작되며, 이러한 구조물을 제작하기 위해서 조립 부품을 이용하는 체결 방식, 고온의 열원을 활용하는 용접 방식 또는 접착제 등을 활용하는 방법 등이 주로 사용된다. 일반적인 유도탄은 조립에 따른 구조물의 변형을 최소화하고 충분한 체결력을 확보하기 위해서 체결 방식을 주로 적용하고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. N. Tanlak, F. O. Sonmez and E. Talay, "Detailed and Simplified Models of Bolted Joints Under Impact Loading," Journal of Strain Analysis Vol. 46, pp. 213-225, 2010. 

  2. Brendan O'toole and Kumarswamy Karpanan, "Experimental and Finite Element Analysis of Preloaded Bolted Joints Under Impact Loading," Proceedings of the 47th AIAA/ASME/ASGE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, pp. 1-9, 2006. 

  3. MIL-STD-810G, "Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests, Method 516.6, Shock," p. 8, 2000. 

  4. Korean Industrial Standard KS B ISO-2041, "Mechanical Vibration, Shock and Condition Monitoring - Vocabulary," p. 35, 2009. 

  5. Korean Industrial Standard KS B ISO 81431, "Mechanical Vibration and Shock - Signal Processing-Part 4 : Shock - Response Spectrum Analysis," pp. 2-5, 2007. 

  6. Jiri Tuma, Marek Babiuch and Peri Koci, "Calculation of a Shock Response Spectra," Acta Montanistica Slovaca, pp. 66-73, 2011. 

  7. T. Irvine, "An Introduction to the Shock Response Spectrum," 2002, http://www.vibrationdata.com/tutorials2/srs_intr.pdf. (accessed Aguest 9, 2019). 

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