[논문]점성오일 댐퍼와 내진기능을 포함한 다방향 방진마운트 개발

김창열; 최재성; 윤대진; 최종철; 김한준

[국내논문] 점성오일 댐퍼와 내진기능을 포함한 다방향 방진마운트 개발
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김창열 (유노빅스이엔씨(주) 기술연구소) , 최재성 (유노빅스이엔씨(주) 기술연구소) , 윤대진 (유노빅스이엔씨(주) 기술연구소) , 최종철 (유노빅스이엔씨(주) 기술연구소) , 김한준 (유노빅스이엔씨(주))

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문제 정의

본 논문에서는 비구조물의 내진 설계에 적용할 수 있는 방진마운트 개발에 있다. 개발결과, 낮은고유진 동수를 유지하며서 감쇠비를 조절할 수 있으며 다방향 충격에도 우수한 효과를 갖고 내진성능이 포함된 일체형 방진마운트를 개발하였다.
본 연구에서는 비구조 요소의 내진 설계를 위해 점성오일 댐퍼와 코일 스프링 댐퍼를 이용하여 방진 성능이 우수하고 다방향 충격진동을 감쇠시키며 내진성능을 가지는 방진 마운트를 개발하였다.
점성오일댐퍼의 제원 및 작동 속도에 따른 거동 특성과 저장강성 및 감쇠비 예측을 위해 실험을 수행하였다.

제안 방법

Shaking Table을 이용하여 수평방향 외력 작용시 동적거동특성을 파악하였으며(Fig. 7) 실험시 국내 지진상황과 유사하도록 수평방향 가진 주파수를 설정하였다. 실험은 제품의 상하부의 가속도를 측정하여 전달률을 평가하였으며 다물체 동역학 해석을 수행하여 실험 결과와 비교하였다.
Simulation 결과에 대한 검증과 제품의 내진성능의 신뢰도를 확보하고자 지진하중에 따른 부재별 응력을 실험하였으며(Fig. 6) 각 방향에 대한 외력에 대한 부재 강도를 파악하기 위해 3축을 모두 고려하였다.
국내 건축구조기준(KBC 2009) 중 비구조요소의 내진설계법과 건축전기설비내진설계 시공지침서 (KEOG 9701-2009)를 토대로 설계식을 작성하고 개발품의 제원을 결정하여 설계하였다.(Fig.
내진성능을 평가하기 위하여 FEM 해석 기법을 이용하여 수평·수직하중에 대해 부재별 응력을 검토하였으며 모든 방향의 외력에 대해 검토를 수행 하였다.
아래와 같은 4가지 오일댐퍼의 제원에 따른 성능을 비교하기 위하여, 기본형을 포함한 실험조건에 부합하는 5가지 샘플을 제작하였다.
점성오일 댐퍼의 단독 성능 실험 결과를 실험적으로 검증하기 위하여 단자유도계 방진시 방진마운트의 성능시험을 실시하였다. 성능 실험 개략도는 Fig.
점성오일댐퍼를 개발하기 위해 성능을 결정짓는 주요인자인 피스톤형상을 다양하게 적용해 해석을 수행 하고 간극 및 점도의 변화에 따른 거동 특성을 파악하여 점성오일댐퍼의 설계를 진행하였다.(Fig.
조합형 방진마운트 성능 실험에 적용할 샘플의 성능 예측은 일자유도 운동방정식과 전달함수 계산식 인식(1), (2)에 의해 구하였다.

데이터처리

7) 실험시 국내 지진상황과 유사하도록 수평방향 가진 주파수를 설정하였다. 실험은 제품의 상하부의 가속도를 측정하여 전달률을 평가하였으며 다물체 동역학 해석을 수행하여 실험 결과와 비교하였다. 실험결과 수평방향 외력에 대한 동적 거동특성은 해석결과와 매우 유사한 것으로 나타났으며 해석기법을 이용한 내진요소 개발의 유의성을 확인하였다.

성능/효과

(1) 실린더와 피스톤의 간극이 작아질수록 저장강성 및 감쇠비는 증가함.
(2) 피스톤 직경이 동일할 경우 피스톤 형상에 따라 저장강성 및 감쇠비가 변함.
(3) 점도가 증가 할수록 저장강성 및 감쇠비 증가함.
본 논문에서는 비구조물의 내진 설계에 적용할 수 있는 방진마운트 개발에 있다. 개발결과, 낮은고유진 동수를 유지하며서 감쇠비를 조절할 수 있으며 다방향 충격에도 우수한 효과를 갖고 내진성능이 포함된 일체형 방진마운트를 개발하였다.
실험은 제품의 상하부의 가속도를 측정하여 전달률을 평가하였으며 다물체 동역학 해석을 수행하여 실험 결과와 비교하였다. 실험결과 수평방향 외력에 대한 동적 거동특성은 해석결과와 매우 유사한 것으로 나타났으며 해석기법을 이용한 내진요소 개발의 유의성을 확인하였다.
(b), (c), (d), (e)는 오일댐퍼 제원변화에 따른 실험결과를 비교한 것이다. 조합형 방진마운트의 성능은 오일댐퍼의 제원 변화에 따른 동적거동특성이 다르게 나타났으며 전술한 오일댐퍼 단독실험 결론과 유사한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 실험결과를 바탕으로 방진대상의 동적거동특성에 따른 조합형 방진마운트의 최적 설계가 가능할 것으로 판단되며 향후 다양한 오일댐퍼 단독실험으로 조합형 방진마운트의 성능을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

조합형 방진마운트의 성능은 오일댐퍼의 제원 변화에 따른 동적거동특성이 다르게 나타났으며 전술한 오일댐퍼 단독실험 결론과 유사한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 실험결과를 바탕으로 방진대상의 동적거동특성에 따른 조합형 방진마운트의 최적 설계가 가능할 것으로 판단되며 향후 다양한 오일댐퍼 단독실험으로 조합형 방진마운트의 성능을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

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