초록 ▼

□ 연구개요
본 과제에서는 볼트풀림과 재료 피로과정의 상사성 비교를 통해 볼트접합으로 이루어진 실구조체 풀림고장에 적용가능한 고장예측 방법론을 제안하였다. 또한, 본 연구를 통해 얻어진 다양한 조건에서의 풀림수명 DB를 이용하여 풀림수명 열화모델, 잔여수명 산정, 고장예지적용 기초연구에 사용될 수 있는 방법론을 연구하였다.
첫 번째는 다양한 조건에 대한 볼트풀림 기초특성실험을 통해 볼트풀림의 주요인자와 풀림과정을 밝혀냈다. 실험결과 및 유한요소해석을 통해 횡 방향 진폭변위에 따른 축력변화, 풀림수명, 볼트의 기계적 거동을

□ 연구개요
본 과제에서는 볼트풀림과 재료 피로과정의 상사성 비교를 통해 볼트접합으로 이루어진 실구조체 풀림고장에 적용가능한 고장예측 방법론을 제안하였다. 또한, 본 연구를 통해 얻어진 다양한 조건에서의 풀림수명 DB를 이용하여 풀림수명 열화모델, 잔여수명 산정, 고장예지적용 기초연구에 사용될 수 있는 방법론을 연구하였다.
첫 번째는 다양한 조건에 대한 볼트풀림 기초특성실험을 통해 볼트풀림의 주요인자와 풀림과정을 밝혀냈다. 실험결과 및 유한요소해석을 통해 횡 방향 진폭변위에 따른 축력변화, 풀림수명, 볼트의 기계적 거동을 관찰하였다. 또한, 볼트풀림과 재료 피로와의 유사성을 도출하고, 볼트풀림과정을 설명가능한 대표적인 마스터커브로 제안하여 본 연구의 고장예지기법연구에 활용하였다.
두 번째는 볼트접합 실구조체 및 실조건 응용연구로서, 실구조체 피로평가에서 수행하는 바와 같이 취약부위 선정과 이를 복잡한 구조에서 등가손상산정 방법을 제안하였다. 한편, 변동하중 시험을 통해 볼트구조체에서의 선형손상누적법의 적용가능성과 실구조체에서의 풀림수명예측을 수행하였다.
마지막으로, 기초DB와 열화모델을 기반으로 한 모델기반 및 인공신경망 기반 알고리즘을 적용하여 볼트구조체 상태기반관리를 위한 고장예지연구를 수행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제에서는 산업기계 및 구조체에서 다양한 운용조건에 따라 볼트 풀림으로 인한 중대사고를 유발하여 이런 손실을 방지하기 위해 실 조건 및 실 구조체에서의 볼트 풀림 수명을 사전예측하는 기초 방법론 연구를 수행하였다. 먼저 실험적으로 볼트풀림의 주요인자와 풀림과정을 밝혀냈으며, 실험을 통해 볼트풀림특성DB를 구축하였다. 또한, 유한요소해석을 통해 볼트풀림의 기계적 거동이 볼트 헤드 및 너트의 슬립으로 인한 축력감소임을 규명하였다. 이를 기반으로 본 연구에서는 3가지의 연구 결과를 도출하였다.
첫 번째는 볼트풀림특성실험DB를 통해 볼트풀림과 재료피로와의 상사성을 검증하였다. 볼트풀림과정에서도 재료의 피로수명에 상응하는 내구한도(endurance limit)의 존재와 진폭변위-수명(D-N) 관계를 도출하였다.
두 번째는 볼트풀림수명을 실구조체에 적용가능한 수명평가방법론을 제시하였다. 복잡한 실구조체에서 최최약부위를 선정하고 해석적으로 볼트체결부를 등가모델로 구성하는 방법을 연구하였다. 개발한 지그를 이용한 실볼트체결구조체 모사실험을 통해 실제수명과 예측수명과 비교·검증하였으며, 실구조체서도 최대 취약변위진폭값을 산출하여 볼트풀림 수명예측 가능성을 증명하였다. 또한, 단일 볼트의 변동하중을 인가하여 선형손상누적법의 적용성과 실구조체에서의 풀림수명예측을 통해 재료 피로 평가방법에서 사용한 접근법이 적용 가능함을 보였다.
세 번째는 볼트조립 구조체에 상태기반 유지보수에 활용하기 위해 물리모델기반 베이지안기법에 적용하여 잔여수명 예측에 활용될 수 있는 방법을 제시하였다. 본 연구에서 획득한 볼트풀림DB를 통해 볼트풀림 현상을 하나의 마스터커브로 도출하고, 파라미터 값을 최적화하여 볼트조립 구조에 잔여수명 예측 유효성을 검증하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 과제를 통해 볼트풀림과정과 재료의 피로과정과의 유사성을 도출하였으며 볼트 풀림 매커니즘을 실험 및 해석적으로도 분석하여, 볼트풀림의 주요 인자를 밝혔다. 광범위한 기초볼트특성실험 DB를 활용하여 볼트풀림 주기에 대한 현상학적 모델을 제안하였고, 이를 머신러닝을 응용하여 볼트풀림의 잔여수명을 예측하는 방법론을 제공하였다. 실험dB, 유효파라미터, 열화모델, 센서계측방법은 모델기반 예지기술을 이용한 볼트체결 위험기계기구의 유지보수관리에 활용될 수 있다고 판단된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 2.1. 볼트풀림 기초풀림 특성시험 ... 4
• 2.2. 실구조체 및 실하중조건을 고려한 응용연구 ... 8
• 2.3. 볼트구조체 풀림고장 예지 연구 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 27