위상 최적설계를 활용한 캔틸레버식 헬리데크 경량화 연구

정태원,김병모,하승현 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol. No.

해양구조물 등에서 해상 현장과 육상시설 사이에 물자나 운용 인력을 수송하기 위한 수단으로 헬리콥터가 주로 이용된다. 헬리데크는 헬리콥터가 해양구조물에 착륙하기 위해 필수적으로 탑재되는 구조물로서, 해양구조물의 종류나 탑재되는 위치 등에 따라 다양한 형태의 헬리데크가 존재한다. 그 중에서 캔틸레버식 헬리데크는 해양구조물의 탑사이드 공간 확보에 용이 하며, 헬리콥터와의 충돌 등의 미연의 사고로부터 보다 안전하다. 본 논문에서는 캔틸레버식 헬리데크를 연구대상으로 선정 하고, 이를 구성하고 있는 하부 트러스 구조에 대해서 위상 최적설계를 적용하였다. 또한 상용 구조해석 프로그램을 이용하 여 유한요소 모델을 생성하고, 다양한 착륙 상황과 풍하중을 적용하여 구조해석을 수행하였다. 이를 바탕으로 헬리데크의 각 구조 부재에 발생하는 응력이 사용 재료의 허용응력을 넘지 않도록 부재의 세부 단면 치수를 결정하여, 보다 안전하면서도 경량화된 헬리데크 설계를 얻을 수 있다. In the offshore industry, helicopters are mainly used for transportation of goods or operating personnel between offshore sites and onshore facilities. A helideck is a structure that is required for landing and take-off of helicopters on the offshore structure. There are several shapes of helidecks depending on the type of offshore structures or installation location. Among them, cantilever-type helidecks usually provide more space on the topside of offshore structures and it is safer against potential accidents like fire or explosion. In this paper, the cantilever-type helideck is selected for the research object and topology design optimization is applied for lightweight design of the helideck. A finite element model is then created from the optimal layout of truss structures of the helideck, and structural analysis is performed under various landing conditions and wind loads. Based on the analysis results, the detailed section dimensions of structural members are determined so that the maximum stress at each structure member does not exceed the allowable stress of the structural material. Also, the final optimal design shows significant decrease in the total weight of the helideck.

구조해석을 통한 상륙돌격장갑차용 보조발전기 경량화에 관한 연구

김병호,김진훈,김혜은,백현무 한국품질경영학회 2019 한국품질경영학회 학술대회 Vol.2019 No.-

본 연구는 상륙돌격장갑차용 5kW급 보조발전기 구조물 경량화에 관한 연구로 상륙돌격장갑차는 기존 해병대에서 사용하던 LVT(Landing Vehicle Tracked) 차량의 노후 등으로 국내업체에서 장비 원제작사(미국/UDLP)와 기술도입으로 생산 및 업체 자체 개발형태로 추진하게 되었고, 1998년부터 KAAV라는 명칭으로 전력화하기 시작하였다. 작전 수행 시 보조발전기는 기동간 차량내부에 실리고 실제 사용은 외부로 운반하여 사용하기 때문에 병사들의 전력증진을 위해서는 경량화가 요구되었다. 설계적인 측면에서는 구조적인 경량화와 재료적인 측면에서의 경량화가 동시에 필요하며 이를 위해 기존의 철강 구조물에서 알루미늄 구조물로 변경하여 총 무게에서 10.3%로 절감시켰다. 알루미늄은 비중이 2.7로 철강에 비해 약 3배 가량 가벼우며 비강도도 우수한 구조용 경량금속재료이다. 이와 더불어 구조 안정성을 검증하기 위한 구조해석을 진행하였다. 유한요소해석 수행을 위하여 MIDAS.NFX 프로그램을 사용하였으며, 선형정적해석과 모드해석을 통해 주파수응답해석을 수행하였다. 최종적으로 구조해석을 통한 결과를 실제품에 적용/제작하여 운용시험을 통해 제품개선 효과를 입증하였다. 향 후 지상무기체계 경량화에 대한 설계 시 참고자료로 적용될 것으로 기대된다.

소재대체를 이용한 철도 차량구조의 개념설계 연구

구정서 한국전산구조공학회 2004 한국전산구조공학회논문집 Vol.17 No.2

본 연구에서는 기존의 철도차량구조에 경량소재를 적용하여 설계를 검토할 때, 각 소재의 성질이 차체구조의 경량화에 미치는 영향과 그 정도를 정량적으로 분석하여 개념설계단계에서 소재대체 설계 효과를 예측하는 방법을 개발한다. 전체 차체구조에 대해서는 굽힘변형, 압축변형, 비틀림 변형을 고려하여 소재를 변경할 때, 또 주요 골조 구조 부재에 대해서는 굽힘변형, 압축변형, 좌굴붕괴를 고려하여 소재와 단면형상을 변경할 때 경량화 특성을 분석할 수 있는 방법을 체계화였다. 차체구조 또는 골조부재의 변형 양상에 대한 강성 및 강도 조건을 경량화 지수와 연계하여 표현함으로써 각 재료와 부재의 형상이 가지는 기계적 특성과 장단점을 용이하게 분석할 수 있도록 하였다. This paper developed the theoretical method to predict structural performances and weight reduction rates of a carbody when its materials should be substituted. For the material substitution design of the carbody, the bending, axial and twisting deformations are evaluated under the constant stiffness and strength conditions. For the design of the primary structures such as the center beams, the cross beams and the cantrails, the bending and axial deformations are investigated under the condition of the constant bending stiffness, the constant bending or buckling strength by considering both the material properties and the cross sectional shapes. The developed indices to measure the weight reduction by the material substitution give good informations on the weak and strong points of a carbody design.

위상 최적설계를 활용한 캔틸레버식 헬리데크 경량화 연구

정태원,김병모,하승현,Jung, Tae-Won,Kim, Byung-Mo,Ha, Seung-Hyun 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol.30 No.5

In the offshore industry, helicopters are mainly used for transportation of goods or operating personnel between offshore sites and onshore facilities. A helideck is a structure that is required for landing and take-off of helicopters on the offshore structure. There are several shapes of helidecks depending on the type of offshore structures or installation location. Among them, cantilever-type helidecks usually provide more space on the topside of offshore structures and it is safer against potential accidents like fire or explosion. In this paper, the cantilever-type helideck is selected for the research object and topology design optimization is applied for lightweight design of the helideck. A finite element model is then created from the optimal layout of truss structures of the helideck, and structural analysis is performed under various landing conditions and wind loads. Based on the analysis results, the detailed section dimensions of structural members are determined so that the maximum stress at each structure member does not exceed the allowable stress of the structural material. Also, the final optimal design shows significant decrease in the total weight of the helideck. 해양구조물 등에서 해상 현장과 육상시설 사이에 물자나 운용 인력을 수송하기 위한 수단으로 헬리콥터가 주로 이용된다. 헬리데크는 헬리콥터가 해양구조물에 착륙하기 위해 필수적으로 탑재되는 구조물로서, 해양구조물의 종류나 탑재되는 위치 등에 따라 다양한 형태의 헬리데크가 존재한다. 그 중에서 캔틸레버식 헬리데크는 해양구조물의 탑사이드 공간 확보에 용이하며, 헬리콥터와의 충돌 등의 미연의 사고로부터 보다 안전하다. 본 논문에서는 캔틸레버식 헬리데크를 연구대상으로 선정하고, 이를 구성하고 있는 하부 트러스 구조에 대해서 위상 최적설계를 적용하였다. 또한 상용 구조해석 프로그램을 이용하여 유한요소 모델을 생성하고, 다양한 착륙 상황과 풍하중을 적용하여 구조해석을 수행하였다. 이를 바탕으로 헬리데크의 각 구조 부재에 발생하는 응력이 사용 재료의 허용응력을 넘지 않도록 부재의 세부 단면 치수를 결정하여, 보다 안전하면서도 경량화된 헬리데크 설계를 얻을 수 있다.

경질점성토 지반에서 Trench 굴착시 지하수위 변동에 따른 가설구조체 안정해석 기법

허창환,서성탁,김희덕,지홍기,Heo, Chang-Hwan,Seo, Sung-Tag,Kim, Hee-Duck,Jee, Hong-Kee 한국방재학회 2003 한국방재학회논문집 Vol.3 No.2

In this study, lightening material weight and normalizing structure of preventing system of landslide soil-rock in trench excavation was tried with focusing in safety construction availability and workability. In other words, risk estimate, safety management method investigation, applicability of bracing material and mechanical stability of bracing structure was studied. From these result, structural stability and structural analysis of light weight bracing structure was carried out with common structural analysis program, for examining movement mechanism of bracing structure and normalization of standard. The result are summarized as following. (1) Mechanical ability of bracing members and soil pressure parameter acting to member for ensuring mechanical propriety of bracing structural and useful of new material considering soil mechanics boundary were proposed. Also theory and method of analysis of bracing structural were proposed. (2) As a result of the structure analysis of geographical profile for light pannel used FRP as hard clay mechanical characteristics(bending moment, shear force, axial force) of panel were changed according to groundwater level and it is proved that the result of mechanical analysis is within allowable stress. Thus, light pannel is available for bracing structure in trench excavation. 본 연구에서는 트랜치 굴착시 토석붕괴 방지시설에 대한 시공상의 안전성과 시공성 그리고 작업성에 주안점을 두어 재료의 경량화 및 구조체의 표준화를 시도하였다. 즉, 위험도 사전평가와 안전관리기법을 검토하고 흙막이 부재의 적용성과 흙막이 구조의 역학적 안정성을 검토하였으며, 이들 결과로부터 흙막이 구조체의 역학적 거동매카니즘 규명과 규격의 표준화를 위하여 경량흙막이 구조체의 구조안전성과 구조해석을 실시하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 흙막이 구조의 역학적 타당성과 토질역학적 조건을 고려한 신소재 활용성을 확보하기 위하여 흙막이 부재의 역학적 성능과 부재에 작용하는 토압정수를 제시하였으며, 흙막이 구조체의 해석이론과 방법을 제시하였다. 2) 강화합성수지(FRP)를 사용한 경량판넬 부재의 지질구조가 경질점성토인 조건을 대상으로 구조해석 결과, 지하수위 조건에 따라서 판넬의 역학적(휨모멘트, 전단력, 축응력) 특성이 변화하고 있었으며, 역학적 해석결과가 허용응력 범위에 있음을 알 수 있어 이는 경량판넬이 트랜치 굴착시에 흙막이 구조로서 유용성을 알 수 있었다.

공동주택 층간차음 개선을 위한 실물평가 연구

문종욱,박선욱 대한건축학회지회연합회 2014 대한건축학회연합논문집 Vol.16 No.2

최근 공동주택 거주자들은 ‘차음성능의 확보’를 매우 중요한 성능요소로 인식하고 있으나 여전히 층간소음 저 감을 위한 제도개선에 대한 요구가 높은 실정이다. 본 연구는 공동주택 층간차음 개선과 관련한 관계규정, 요 구 성능 및 바닥충격음 저감공법에 대한 분석과 실 건축물을 대상으로 바닥충격음 차단성능 실태의 평가를 목 적으로 한다. 본 논문은 우선 2004년 이후 시행된 ‘공동주택 층간소음 방지기준’ 이후의 관련규정과 바닥충격 음 저감을 위한 완충재의 요구 성능 및 바닥충격음 저감공법에 대하여 살펴보았으며, 이를 통해 분석된 바닥 충격음 저감을 위한 기준을 바탕으로 실 공동주택에 대한 바닥충격음의 발생실태를 측정하고 바닥충격음 차 단성능레벨을 비교․분석하여 바닥충격음 차단성능 실태를 평가하였다. 이러한 분석 및 실물평가를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, 2005년 7월 이후 중량 충격음 규제가 강화되어 공동주택의 층간차음이 개선되었으나, 현재까지 오래된 건물이 존재하며 이러한 건물은 바닥이 120mm밖에 안 돼 리모델링을 하더라도 층간소음 문제가 남아있어 슬 래브두께 확보방안보다 완충재 시공 또는 이중바닥 구조가 검토되어야 한다. 둘째, 경량충격음 차단성능은 구조형식에 영향을 거의 받지 않아(천장의 구조형태 제외) 슬래브 두께를 변화 시키지 않아도 표면완충공법, 뜬바닥 공법 등으로 해결이 가능하다. 셋째, 중량충격음의 성능향상을 위해서는 중량․고강성 바닥공법이 유용하나 벽식 구조의 경우 공간의 형태에 따라 실의 고유진동수로 인해 동일 구조일지라도 성능차가 발생하므로 무조건 벽식구조에 슬래브 두께 향상 만이 해결점은 아니다. 넷째, 바닥판의 고유진동수를 낮추기 위해서는 구조형식을 벽식에서 라멘구조로 변경하거나 이중바닥 등을 채용하여 원 바닥판의 고유진동수를 변화시키는 방법 등에 대한 다양한 검토(성능, 시공성, 경제성 등)가 필요 할 것으로 판단된다. 다섯째, 표준바닥구조로 시공할 경우, 공사비가 상승하며, 또한 이중바닥구조도 현장의 공사비 상승요인이 있 으므로 경제성에 대한 엄격한 검토가 있어야 할 것이다. 마지막으로, 공동주택의 층간소음을 방지하기 위한 다양한 공법에서 구조체의 두께는 주로 구조설계에서 결 정되며, 마감재나 천정구조 역시 건축 계획적인 측면에서 결정되는 요소이므로, 이러한 부분들을 바닥충격음 성능향상만을 위해 변경하는 것은 곤란할 경우가 많다. 그러므로 경우에 따라서는 바닥구조 내부에 완충재를 삽입하는 방법이 유일한 선택이 될 경우가 많으며, 바닥구조의 두께를 변화시키지 않고 충격음 성능을 향상시 킬 수 있어 현재 국내에서 활발하게 연구·개발되고 있는 부분이다.

달 탐사선 경량구조 개념 설계 연구

신희준,유원영,이석제,김인걸,김선원,김원석,황도순 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

본 논문에서는 주어진 임무요구조건을 고려한 달 탐사선의 개념 구조설계를 수행하고, 이에 대한 정적 구조해석 및 최적설계를 수행하였다. 다양한 구조형상 개념 중 대표적으로 실린더 구조형상 개념과 트러스 구조형상 개념을 선정하여 구조설계를 수행하였다. 각각의 구조형상에 대한 유한요소 모델을 구성한 후, 상용 유한요소 해석 소프트웨어를 활용하여 정적 구조해석을 수행하였다. 상용 최적화 소프트웨어인 Visual DOC를 활용하여 강도 및 강성 요구조건을 제한조건으로 하며 구조물의 무게를 최소화하기 위해 실린더 및 스트럿의 두께를 설계변수로 하는 최적구조설계를 수행하였다. 임무요구조건을 만족하는 두 개의 최적 경량구조형상을 제안하였다. In this paper, the conceptual structural design of the lunar exploration module is performed under the given requirements. The static structural analysis and the optimal design are also performed. Among a variety of structural configuration designs, the cylinder and truss structural configuration concept are examined in the conceptual structural design phase. Static and dynamic analysis for both structure by using finite element analysis and the optimal structural design by using the commercial optimization S/W, Visual DOC are performed. In optimal design, the design variables such as cylinder and strut thickness are chosen to minimize the structural mass with satisfying strength and stiffness constraints. Two optimal light-structure designs satisfying given requirements are proposed.

도시형 자기부상열차용 관절식 분기기 거더구조물의 경량화 설계

이종민(Jong-Min Lee),한종부(Jong-Boo Han),한형석(Hyung-Suk Han),임재원(Jae-Won Lim),황종균(Jong-Kyun Hwang) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.10

본 논문은 도시형 자기부상열차 실용화사업에서 개발된 관절식 분기기용 거더구조물에 대한 경량화 설계 연구 진행결과의 소개에 목적이 있다. 관절식 분기기용 거더구조물의 경량화를 위하여 구조와 길이, 높이 등을 변경한 개선설계 결과에 대한 거더구조물 자체의 모달해석 수행 및 열차하중 적용시의 구조해석을 수행하였다. 거더구조물에 대한 개선설계 결과 기존 분기기 대비 약 16.5%가 경량화되었고, 구조해석 결과 처짐과 응력이 커지기는 했지만 부상계에 미치는 영향이 미약한 수준이었으며, 장경간거더에 대한 1 차 고유진동수가 2 배 정도 증가하여 부상계와의 공진 발생 가능성도 현저하게 감소되었다. 이에 제안된 관절식 분기기 거더구조물의 경량화 개선설계 결과가 제작비 절감 등의 경제적 장점뿐만 아니라 거더구조물의 특성에도 더 좋은 효과를 보임을 확인할 수 있었다. The purpose of this paper is to introduce the articulated switch system which is studied about weight reduction as the commercialization of urban Maglev. To reduce the weight, the redesign considering cross section, length and height of articulated switch is carried out. And, using a new design of articulated switch the structure and modal analysis are performed. In the analysis results of suggested switch that is lighter about 16.5% than previous switch, maximum stress and deflection a little bit increase, but they are not influenced with the levitation stability of Maglev vehicle. Also the resonance between vehicle and switch system may hardly occur because vertical 1<SUP>st</SUP> natural frequency of long span switch rises twice. Using the results of them, we could understand that suggested model of articulated switch is more economical and more stable for Maglev vehicle.

구조용 경량골재를 사용한 경량골재콘크리트의 내화특성

송훈,조영국,추용식,이종규 청운대학교 건설환경연구소 2013 청운대학교 건설환경연구소 논문집 Vol.8 No.2

Light-weight aggregate concrete is usually looked upon as a two-component material, consisting of hydrated cement paste and structural light-weight aggregates. The fire resistance properties of light-weight concrete are determined by properties of its components and explosive spalling. Especially, light-weight aggregate concrete is occurred serious fire performance deterioration by explosive spalling. Thus, this study is concerned with explosive spalling of light-weight concrete using structural light-weight aggregates. From the experimental test result, light-weight aggregate concrete is happened explosive spalling. The decrease of cross section caused by explosive spalling made sharp increasing gradient of inner temperature. 경량골재콘크리트는 구조용 경량골재를 사용하여 제조한 콘크리트로 구조물의 경량화를 목적으로 사용된다. 하지만 경량골재콘크리트의 경우 화재에 취약하며 특히 단면결손을 유발하는 폭렬이 발생하기 쉽기 때문에 적용에 대한 사전검토가 필요하다. 본 연구에서는 내화성능이 취약하다고 알려진 경량골재콘크리트의 함수상태에 따른 내화특성에 대해 알아보고자 한다. 실험결과 구조용 경량골재를 사용한 경량골재콘크리트는 실험초기부터 폭렬이 발생하였으며 단면손상에 의해 주근이 노출되는 결과를 보여 내화성능이 취약하였다.

복합재 적층판을 이용한 경항공기 플로트 구조해석 및 경량화

최윤규,김성준,신의섭,Choi, Youn-Gyu,Kim, Sung-Jun,Shin, Eui-Sup 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.1

본 논문에서는 수상/육상 착륙 환경에서 경항공기용 플로트의 구조적 안전성과 경량화 설계개선을 위하여 고유 진동수 및 정적 응력해석을 수행하였다. 경항공기용 플로트의 설계제원 및 형상도면을 기반으로 유한요소 모델링을 수행하였으며, 수상/육상 착륙 시점의 단순화된 하중조건을 플로트모델에 적용하였다. 먼저 알루미늄 플로트모델에 대하여 고유 진동수 및 응력해석 결과를 확인하였으며, 이를 기준으로 복합재료 적층판을 적용한 플로트모델의 구조적 안전성을 비교 검토하였다. 복합재료 플로트모델의 적층유형 및 두께 변화에 따른 무게감소와 파손지수 변화 등의 성능개선을 확인하였으며, 경량화 플로트설계에 적합한 적층유형을 제시하였다. In order to improve the structural safety and light-weight design of aircraft floats, natural frequency and static stress analysis are performed under water and ground landing conditions. A finite element mesh based on the design configuration of light aircraft floats is modeled, and simplified water and ground landing loads are applied to this model. The natural frequency and stress analysis of aluminum-alloy floats are carried out first. Then, the structural performance of the floats is re-analyzed in the case of laminated composites, and the numerical results are compared each other. It is concluded that, by tailoring the laminated composites with respect to stacking sequence and ply thickness, the structural safety of the light-weight floats can be improved.