[논문]폭설시 비닐 하우스의 구조해석에 의한 모델 설계

조재웅; 민병상; 이은종; 남중송

폭설시 비닐 하우스의 구조해석에 의한 모델 설계
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조재웅 (공주대학교 기계자동차공학부) , 민병상 (공주대학교 기계자동차공학부) , 이은종 (공주대학교 기계자동차공학부) , 남중송 (새마을하우스)

본 연구에서는 비닐하우스 기존모델과 이번에 개발한 모델의 모델링 하였으며, 해석은 폭설이 250mm 왔을 때 쌓인 눈의 하중에 의하여 비닐하우스가 어떠한 변형을 하는 지를 구조해석을 통하여 비교하는 것이 주된 목적이다. 기존의 비닐하우스와 개발한 비닐하우스의 구조에 있어서 개발 모델을 적용함으로서 기존 모델보다 비용이 덜 들고 최대 50% 이상의 변형량을 줄일 수 있어 안정성이 좋고, 그 제작비용도 절감할 수 있다.

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문제 정의

본 연구에서는 기존 비닐하우스와 개발 비닐하우스 가 기상악화로 인한 폭설 미치는 영향에 대하여 구조 해석을 수행하였다. 이러한 해석결과들을 도출하여 얻은 결과들은 다음과 같다.
따라서 파이프를 조립하고 일으켜 세워 반복하면 개발된 비닐하우스의 설치를 누구라도 원활하게 할 수 있고, 그 제작 비용도 절감할 수 있는 특징이 있다. 본 연구에서는 비닐하우스의 기존모델과 이번에 개발한 모델을 모델링하였으며, 해석은 폭설이 250 mm 왔을 때 쌓인 눈의 하중에 의하여 비닐하우스가 어떤 영향을 받아 변형이 일어나는지를 구조해석을 통하여 비교하는 것이 주된 목적이다[4-6]. 모델링 작업은 CATIA에서 하였으며 유한요소해석은 ANSYS에서 수행하였다.

제안 방법

이번에 개발된 비닐하우스는 농업인들이 쉽게 비닐하우스를 설치할 수 있도록 파이프를 곡선처리하지 않았고 직선처리하였다. 또한 파이프를 커팅하여 조립만하면 설치가 가능하도록 만들었고, 파이프와 Shove가 간단하게 조립되도록 제작하였다. 따라서 파이프를 조립하고 일으켜 세워 반복하면 개발된 비닐하우스의 설치를 누구라도 원활하게 할 수 있고, 그 제작 비용도 절감할 수 있는 특징이 있다.
본 연구에서는 비닐하우스의 기존모델과 이번에 개발한 모델을 모델링하였으며, 해석은 폭설이 250 mm 왔을 때 쌓인 눈의 하중에 의하여 비닐하우스가 어떤 영향을 받아 변형이 일어나는지를 구조해석을 통하여 비교하는 것이 주된 목적이다[4-6]. 모델링 작업은 CATIA에서 하였으며 유한요소해석은 ANSYS에서 수행하였다.
비닐하우스는 적은 비용으로 간단하게 설치하여 사용 할 수 있어 농가에서 많이 사용되고 있는 농가건축물이지만 해마다 잦은 폭설로 인하여 많은 피해가 발생하고 있다[1-3]. 이번에 개발된 비닐하우스는 농업인들이 쉽게 비닐하우스를 설치할 수 있도록 파이프를 곡선처리하지 않았고 직선처리하였다. 또한 파이프를 커팅하여 조립만하면 설치가 가능하도록 만들었고, 파이프와 Shove가 간단하게 조립되도록 제작하였다.

성능/효과

1. 기존모델 A타입과 B타입, 개발 모델 A타입에서 D타입 모두 비닐하우스 지붕부분에서 최대 변형이 나타났으며, 개발 모델을 적용함으로서 기존 모델의 경우보다 최대 50% 이상의 변형량을 줄일 수 있었다.
2. 기존 모델인 A타입과 B타입 및 개발모델인 A타입의 최대응력은 비닐하우스 밑부분 끝에서 나타났고, 개발모델 B, C, D타입은 기둥파이프와 지붕파이프가 체결된 부분의 Shove 부분에서 최대응력이 나타났으며, 개발모델 A를 제외하고는 최대 등가응력이 30% 정도로만 높아졌다.
3. 이 같은 결과를 종합해 볼 때 기존의 비닐하우스와 개발한 비닐하우스의 구조에 있어서 눈에 대한 변형량은 더 변형이 적어 안정성이 좋고, 제작비가 절감된다는 결과가 나왔다.
26mm로 나타났다. 개발 모델을 적용함으로서 기존 모델의 경우보다 최대 50% 이상의 변형량을 줄일 수 있어 안정성이 좋음을 알 수 있었다.
기존모델인 A타입과 B타입 및 개발모델인 A타입의 최대응력은 비닐하우스 밑부분 끝에서 나타났다. 또한 개발모델인 B, C, D 타입은 기둥파이프와 지붕파이프가 체결된 부분의 Shove부분에서 최대응력이 나타났다. 최대 응력이 항복 강도보다 높은 이유는 이음매 부분에서의 특이점에 대한 응력집중 현상이 나타난다.
그러나 이음매 부분에서는 다른 부재가 연속으로 받쳐 주므로 파손은 방지되는 것으로 사료된다. 이 모델들에 대한 최대 등가 응력의 값들은 기존 모델 A가 1892.2 MPa로 나타났으며, 기존 모델 B가 1177.8 MPa가 나왔고, 개발모델 A가 3272.1 MPa, 개발 모델 B가 1489.4 MPa, C가 1314.7 MPa, D가 1251.3 MPa로 나타났다. 개발모델 A를 제외하고는 최대 등가응력이 30% 정도로만 높아졌다.

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