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파이프의 파괴확률 산정을 위한 신뢰성 해석
Reliability Analysis for Estimations of the Probability of Pipe Breaking 원문보기

한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집, 2008 May 22, 2008년, pp.850 - 853  

권혁재 (강원대학교 토목공학과) ,  이철응 (강원대학교 토목공학과) ,  최한규 (강원대학교 토목공학과)

초록
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송수관이나 배수관은 계획된 필요유량을 특정 지점까지 안전하게 전달할 수 있도록 설계되지만 여러 가지원인으로 인하여 갑작스런 파열이나 균열이 일어난다. 파이프 파괴의 원인으로는 수격현상, 관의노화, 파이프 외부로부터의 충격, 흙의 상태, 그리고 파이프 설치시의 공사여건 등이 있다. 본 연구에서 여러 가지 요인들을 불확실성 인자로 가정하여 파이프의 파괴확률을 산정할 수 있는 신뢰성 해석 모형이 개발되었다. 상수관망의 설계 시 파이프의 두께를 산정하는 주 장력 공식을 이용하여 신뢰함수를 만들고 파이프의 파괴확률을 계산하였다. 신뢰함수를 구성하는 확률변수들 중 파이프의 내압에 대한 분포함수는 정규분포가 아닌 극치분포(Gumbel distribution)를 따른다는 것을 부정류 수치해석 결과로서 알 수 있었고 AFDA(Approximate Full Distribution Approach) 기법을 사용하여 파괴확률을 산정하였다. 신뢰성 모형을 이용하여 파이프의 두께, 직경, 허용응력, 그리고 파이프 내압에 따른 파괴확률을 정량적으로 산정할 수 있었다. 본 연구에서 개발된 신뢰성 해석모형을 이용하여 보다 안전하고 경제적인 송배수관의 설계기법을 구축할 수 있을 것이다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 통계적 이론에 근거한 파이프 파괴 확률을 산정할 수 있는 신뢰성 해석이 절실히 필요하다. 이에 본 연구에서는 부정류 해석결과를 반영하여 상수도관의 파괴확률을 정량적으로 산정할 수 있는 신뢰성 해석 모형을 개발하였다.

가설 설정

  • 2초에 닫았다. 두 번째, 세 번째, 그리고 네 번째 수치해석의 경우는 5번 분기점과 다른 분기점, 6번 분기점과 다른 분기점, 그리고 10번과 다른 분기점이 동시에 밸브가 닫혔다고 가정하고 해석하였다.
  • 725(m)로 나타났다. 신뢰함수 식 (1)에서 파이프의 두께, 직경, 인장응력은 정규분포를 따른다고 가정하고 파이프의 내압은 극치분포를 사용하여 AFDA기법으로 신뢰성 분석을 하였다. 정류상태의 확률변수들은 Table 3과 같이 그 통계적 특성을 나타낸다.
  • 정류상태의 확률변수들은 Table 3과 같이 그 통계적 특성을 나타낸다. 여기서 파이프 내 수압의 확률분포는 부정류를 고려하였을 때와 마찬가지로 Gumbel 분포를 따른다고 가정하였다. Fig.
  • σ는 허용응력, t는 파이프 두께, D는 파이프 직경, 그리고 p는 파이프 내의 수압이다. 허용응력과, 파이프 두께, 그리고 파이프 직경은 제품이 출고될 때 여러 불확실성을 내포하고 있지만 식 (3)과 같이 정규분포를 따른다고 가정하였다. 그리고 파이프 내압의 경우 많은 불확실성이 내포되어 있으며 그 분포함수를 규명할 필요가 있다.
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