소노부이 수중 진동 예측을 위한 동유체력 반영 집중소자 모델

박재호,임성훈,우성화,박노철,엄원석,임경원,신효섭,이삼화,박은철 한국소음진동공학회 2024 한국소음진동공학회 논문집 Vol.34 No.1

소노부이(sonobuoy)는 해수면을 부유하며 잠수함 소음을 탐지하는 음파 탐지용 부표이다. 해수면을 부유하는 부이에는 해면파에 의해 수직 방향의 진동이 발생하고, 이는 하부 음향센서의 수직 진동을 유발하여 전기 신호를 발생시킴에 따라 음향센서의 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 저하시켜 음향센서의 탐지 성능을 저하시킨다. 음향센서의 진동을 저감하기 위한 최적 설계가 요구됨에 따라, 해면파에 의한 음향센서의 진동을 해석 및 예측할 수 있는 소노부이 수중 진동 모델 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 해면파에 의한 음향센서 진동 예측을 위해, 동유체력 측정과 집중질량 모델로 이루어진 단방향 연계 모델(one-way coupling model)을 제시한다. 본 모델은 소노부이 각 구성 요소에 작용하는 동유체력을 실험적으로 측정하고, 이를 집중질량 모델의 입력값으로 사용하여 낮은 계산 비용과 높은 정확도로 음향센서의 수직 진동 주파수 응답을 예측한다. 본 모델을 이용하여 소노부이 음향센서의 주파수 응답을 예측하고, 소노부이 수중 진동 실험을 통해 모델의 물리적 정합성을 검증하였다. The sonobuoy is a portmanteau word for sound navigation, ranging and buoy. It is a device designed to float on the sea surface and detect noise radiated from submarines. The fundamental structure of a sonobuoy consists of a buoy, cable pack, drogue, and hydrophone. The buoy, floating on the sea surface, vibrates vertically owing to surface waves, causing vertical vibrations in the lower hydrophone connected by an elastic cable. The vibration of the hydrophone generates an electrical signal, which decreases its signal-to-noise ratio, thereby degrading its performance. An optimal design is required to minimize the vibration of the hydrophone; therefore, the development of a model for predicting the underwater vibration of a sonobuoy is essential. This paper presents a lumped-element model considering the hydrodynamic force for predicting hydrophone vibration caused by surface waves. The proposed model includes a hydrodynamic force and a lumped-element model. The hydrodynamic force acting on each component of the sonobuoy is derived from experiments, which are then input into the lumped-element model, allowing the accurate prediction of hydrophone vibrations with low computational costs. The vibration frequency response of the hydrophone is obtained using the model, and the model’s physical consistency is verified by underwater vibration experiments.

건물 중간층에서의 율동 가진에 의한 진동의 수직전달특성

이성수,윤광섭,전호민 대한건축학회지회연합회 2013 대한건축학회연합논문집 Vol.15 No.3

일반 상업용 건물에서 중간층에 콘서트공연장과 같은 시설이 들어서는 경우, 이 층에서의 격심한 율동가진으로 인하여 인접층에서의 작업성이나 사용성에 문제가 될 우려가 있으며, 국내에서도 휘트니스센터의 태보운동으로 인해 발생한 율동적 가진이 최상층의 바닥진동의 원인으로 밝혀진 사례도 나타났다. 또한 율동가진의 진동은 가진진동수가 대략 10Hz이하로서 건물 바닥구조의 고유진동수와 중첩될 수 있으므로 더욱 중요한 문제라 할 수 있다. 본 연구에서는 건물 내부에서의 율동가진으로 인하여 건물의 상하부 층에 전파되는 진동의 전달특성을 구명하고자 중간층에 콘서트공연장이 있는 건물에서, 락콘서트 공연이 진행되고 있을 때에 공연장과 인접층에서 발생하는 진동 특성을 측정하여 율동가진에 의한 구조물의 진동특성과, 가진층에서 다른 층으로 전달되는 수직진동의 전달특성을 실험적으로 분석하였으며 향후 중간층에 콘서트공연장과 같은 종류의 시설이 있는 구조물을 신축할 때 사전에 해석을 실시하여 구조물의 각층에 미치는 영향을 파악하는 데 도움을 줄 수 있도록 동적구조해석도 수행하였다.

교통하중에 대한 3차원 하이브리드 면진시스템의 수직 진동성능 평가

이용훈,이상현,허무원 한국구조물진단유지관리공학회 2024 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.28 No.1

본 연구에서는 진동원으로서 교통하중(고속열차)에 대해 수직 방진기능과 수평 면진기능을 조합한 3차원 하이브리드 면진시스템(Tridimensional Hybrid Isolation System, THIS)을 제안하였고, 고속열차 진동에 대한 THIS의 수직 진동 사용성 개선 효과를 해석적으로 평가하였다. 해석을 위하여 실제 16층의 공동주택을 상용구조해석프로그램의 고유치해석과 침실 바닥판에 대한 펄스 응답 분석을 통해 주요 진동모드를 식별하였고, 이 주요 진동 모드를 가지고 바닥판의 수평과 수직, 회전 자유도를 가지는 16개 층의 골조 모델을 제작하였다. 해석방법은실제 고속철도가 통행할 때 철로와 인접한 구조물에서 계측한 가속도를 진동원으로 적용하고 THIS의 강성과 감쇠비를 변수로 상태-공간방정식을 이용하여 동적해석을 수행하였다. 그 결과, 기존 구조물의 수직 고유주기 대비 THIS의 수직 주기가 커질수록 층별 바닥판 응답이 저감되기 시작하는 임계 주기비가 다르고, 주기가 5배 이상(0.006 이하의 강성비)일 때 모든 바닥판의 가속도 수준이 비면진 대비 약 70% 이하로 감소하였다. 또한, THIS의 감쇠비에 대한 응답 제어에 미치는 영향이 매우 적은 것으로 나타났다. 마지막으로 THIS에 대한 수직 진동 사용성 개선효과를 확인하기 위하여 비면진 구조물과 0.006의 강성비와 0.03의 감쇠비를 가지는 THIS가 적용된 구조물에 대하여 1층과 16층 바닥판 가속도를 AIJ, SCI, AISC 진동 사용성 기준에 따라 평가하였고, 기존에 주거지 사용성 기준을 만족하지 못한 데 반해, THIS 적용 후 주거지 사용성기준을 모두 만족하는 것을 확인하였다. In this study, Tridimensional Hybrid Isolation System(THIS) was proposed as a vibration isolator for traffic loads, combining vertical and horizontal isolation systems. Its efficacy in improving serviceability for vertical vibration was analytically evaluated. Firstly, for the analysis, the major vibration modes of the existing apartment were identified through eigenvalue analysis for the system and pulse response analysis for the bedroom slab using commercial structural analysis software. Subsequently, a 16-story model with horizontal, vertical and rotational degrees of freedom for each slab was numerically organized to represent the achieved modes. The dynamic analysis for the measured acceleration from an adjacent ground to high-speed railway was performed by state-space equations with the stiffness and damping ratio of THIS as variables. The result indicated that as the vertical period ratio increased, the threshold period ratio where the slab response started to be suppressed varied. Specifically, when the period ratio is greater than or equal to 5, the acceleration levels of all slabs decreased to approximately 70% or less compared to the non-isolated condition. On the other hand, it was ascertained that the influence of damping ratios on the response control of THIS is inconsequential in the analysis. Finally, the improvement in vertical vibration performance of THIS was evaluated according to design guidelines for floor vibration of AIJ, SCI and AISC. It was confirmed that, after the application of THIS, the residential performance criteria were met, whereas the non-isolated structure failed to satisfy them.

철도인접지역 건물에 대한 진동전달율의 영향성 평가

김지현,윤성원 한국공간구조학회 2011 한국공간구조학회지 Vol.11 No.1

For train vibration influence assessment of newly constructed buildings in building design levels, 4 train measured vibration acceleration responses were used to compare with TR theory values and suitability of TR values was proposed. Through this TR method, construction planned grounds located near railroad areas were selected and ground vibration measurement was conducted. Through natural frequency by MIDAS, vertical acceleration response, and ground frequency from measured vibration response, TR was calculated and vibration prediction was conducted. As a result of comparing acceleration response estimate applying TR and measured value of train vibration acceleration response, it was found that it was in 3.61% ∼ 37.1% of margin of error. Clear peak of 7.19~10.61Hz in KTX, Gyungeuisun, and cement train were confirmed. 건물설계단계에서 신축예정건물의 열차진동영향평가를 위하여 국내의 4개의 열차진동 가속도응답 계측치와 진동전달율(Transmissibility)값을 이용한 이론치를 비교하여 TR값의 적용성을 제시하였다. 이 TR 방법을 통하여 철도인접지역 위치한 신축예정지반을 선정하고 지반진동 계측을 실시하였다. 계측한 지반의 가진진동수와 수직가속도응답과 신축 예정건물의 바닥슬래브를 MIDAS로 해석한 고유진동수를 통해 진동전달률을 산정한 후 신축건물의 진동예측을 실시하였다. TR을 적용한 가속도응답 예측치를 열차진동 가속도응답 계측치와 비교한 결과 3.61% ∼ 37.1% 오차범위에서 있는 것을 확인하였다. 또한 KTX, 경의선, 시멘트 열차 주행 시 지반의 가진진동수는 7.19~10.61Hz 사이에 선명한 피크를 확인 할 수 있다

고유진동수 조절이 용이한 멀티셀 액체댐퍼

길용식,황규석,김재건,김동익,박지훈,민경원 한국풍공학회 2011 한국풍공학회지 Vol.15 No.4

In this paper, we evaluate the properties after developing the unique frequency-controlled multi-cell liquid damper. The overall shape of the proposed damper is same with the Liquid Column Vibration Absorber (LCVA). However, in this time, we divided the vertical column of LCVA in a separate cell and the cell can be closed each so that we can change the natural frequency of the damper with the way we control the area of the vertical column. In this way, we could notice the properties of the natural frequencies of the damper through the shaking table tests with the adjusted closed cell number. The usability of the dampers was evaluated after comparing to the natural frequencies of shaking table experiments and the theoretical calculated one. 본 논문에서는 고유진동수 조절이 가능한 멀티셀 액체댐퍼를 개발하여 특성을 평가하였다. 본 연구에서 제안한 댐퍼의 기본적인 형태는 기존의 Liquid Column Vibration Absorber(LCVA)와 같다. 그러나 이번에 제안한 액체댐퍼는 기존 LCVA의 수직관을 일정한 면적의 독립된 셀로 나누었으며 이 셀을 각각 밀폐시킬 수 있게 하여 수직관의 면적을 조절하는 방식으로 댐퍼의 고유진동수를 변화시킬 수 있도록 하였다. 이렇게 제작된 액체댐퍼는 밀폐된 셀 개수를 조절하여 진동대 실험을 통해 댐퍼의 고유진동수 특성을 파악하였다. 진동대 실험에서 나온 고유진동수와 이론적으로 산정한 고유진동수를 비교하여 댐퍼의 사용성을 평가하였다. 개발된 액체 댐퍼의 수직관의 면적 조절을 통해 고유진동수 조절이 용이하여 실제로 사용이 가능함을 확인할 수 있었다.

철도인접지역 건물에 대한 진동전달율의 영향성 평가

김지현,윤성원 한국공간구조학회 2011 한국공간구조학회지 Vol.11 No.1

건물설계단계에서 신축예정건물의 열차진동영향평가를 위하여 국내의 4개의 열차진동 가속도응답 계측치와 진동전달율(Transmissibility)값을 이용한 이론치를 비교하여 TR값의 적용성을 제시하였다. 이 TR 방법을 통하여 철도인접지역 위치한 신축 예정지반을 선정하고 지반진동 계측을 실시하였다. 계측한 지반의 가진진동수와 수직가속도응답과 신축 예정건물의 바닥슬래브를 MIDAS로 해석한 고유진동수를 통해 진동전달률을 산정한 후 신축건물의 진통예측을 실시하였다. TR을 적용한 가속도응답 예측치를 열차진동 가속도응답 계측치와 비교한 결과 3.61%~37.1% 오차범위에서 있는 것을 확인하였다. 또한 KTX, 경의선, 시멘트 열차 주행 시 지반의 가진진동수는 7.19~10.61Hz 사이에 선명한 피크를 확인 할 수 있다. For train vibration influence assessment of newly constructed buildings in building design levels, 4 train measured vibration acceleration responses were used to compare with TR theory values and suitability of TR values was proposed. Through this TR method, construction planned grounds located near railroad areas were selected and ground vibration measurement was conducted. Through natural frequency by MIDAS, vertical acceleration response, and ground frequency from measured vibration response, TR was calculated and vibration prediction was conducted. As a result of comparing acceleration response estimate applying TR and measured value of train vibration acceleration response, it was found that it was in 3.61%~37.1% of margin of error. Clear peak of 7.19~10.61Hz in KTX, Gyungeuisun, and cement train were confirmed.

수치해석모델을 이용한 콘서트 홀 바닥진동 안전성 평가

노지은,허석재,문대호,이상현,나창순 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol.30 No.6

본 논문에서는 실제 공연장을 예제 건물로 하여 공연장에 발생한 진동을 측정한 결과를 바탕으로 공연장 구조물의 안전성에 대해 해석적으로 평가하였다. 수치해석 프로그램은 MIDAS GEN을 사용하였으며, 바닥판은 합성효과를 고려하여 모델링 하였다. 해석결과 진동계측실험을 통해 구한 바닥판 고유진동수와 유사한 결과를 보였다. 또한 군중의 율동에 의한 동적하중을 시간이력해석으로 해석하여 진동계측 실험과 유사한 수준의 바닥판 가속도 응답을 확인하였다. 이 모델을 사용하여 예제 공연장의 최대관람인원인 400명의 집단율동 시 발생하는 상황에 대하여 분석하였다. 그 결과 기둥과 보의 가해지는 외력은 설계 내력을 하회하여 안전성에 문제없음을 확인하였다. 또한 공연 시 발생하는 수평방향 진동수준은 지진하중의 2% 수준으로 수직수평 모두 안전성에 문제가 없는 것을 확인하였다. In this paper, the floor vibration of an example concert hall building was measured and floor safety criteria were analytically checked through comparison between experimental and analytical results. The floor bottom plate model was constructed considering the composite effect and the analytical model was modified to have the natural frequency identical to the measured one. Also, time history analysis was conducted using the dynamic loads induced by human rhythmic movement during a musical performance, and the analytically calculated floor accelerations were similar to the measured one. Based on this model, the floor vibration level due to the group activities of about 400 persons, maximum available persons for the concert hall, was estimated. It was confirmed that the human induced dynamic loads applied to the column and beam would be much lower than the design strength. In addition, the horizontal acceleration level is just 2% of the design seismic load, so the concert hall is safe in both vertical and horizontal excitations by human rhythmic movements.

젊은 남녀 성인에서 수직진동운동기가 체중과 체성분에 미치는 영향

유정훈,조희경,도현진,최재경,권혁중,조동영,오승원 대한가정의학회 2009 Korean Journal of Family Medicine Vol.30 No.2

Bac㎏round: Whole body vibration exercise is currently being researched for potential therapeutic and exercise performance benefits. Little is known about the physiological effects of whole body vibration on humans. The aim of this study was to examine the effects of whole body vibration on body weight and body compositions. Methods: One hundred and twelve healthy college students were separated into two groups; one was the whole body vibration exercise group, the other the control group. The exercise program was more than 10 minutes of whole body vibration exercise and the frequency was more than 3 times per week during three months. Body weight and body composition were checked at the beginning and the end point of this study. Results: A total of 91 students finished this study (56 males, 35 females). No significant difference was found in body weight, body mass index, muscle mass, fat mass, body fat ratio, visceral fat area between the study and the control groups. In females, slight increase as found in body weight (exercise vs. control; 1.1 ± 1.1 ㎏ vs. 0.3 ± 1.9 ㎏, P = 0.03), body mass index (0.5 ± 0.4 ㎏/㎡, 0.0 ± 0.5 ㎏/㎡, P = 0.002), fat mass (0.8 ± 0.9 ㎏, -0.3 ± 1.4 ㎏, P = 0.008), and fat ratio (1.0 ± 1.5%, -0.6 ± 2.4%, P = 0.03) in the study group compared with the control group, clinically significant or not. The increase mainly occurred in normal body mass index group in the female study group (P < 0.05). Conclusion: The results of this study suggest that whole body vibration exercise has no significant effect on reducing body weight and fat mass, visceral fat area and on increasing muscle mass. 연구배경: 수직진동운동기는 신체에 지속적인 진동을 가해주는 근력 운동기로서 최근 우리나라에서 의학적인 검증 없이 일반인들에게 널리 사용되고 있다. 그러나 아직까지 수직진동운동기가 신체에 미치는 영향 및 체중과 체성분에 미치는 효과는 알려지지 않았다. 본 연구에서는 수직진동운동기가 체중과 체성분에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 방법: 20-30대의 서울시 일개 의과대학교 2학년과 3학년 학생 112명을 대상으로 임의로 실험군과 대조군의 두 그룹으로 배 정하여 실험군에서는 3개월 동안 최소 주 3회 이상, 10분 간의 수직진동운동을 시행하도록 하였고 대조군에서는 일상적인 생활을 지속하도록 하였다. 두 군의 실험 전과 3개월 후의 공 복 시 체중과 체성분을 분석하여 비교하였다. 결과: 최종적으로 연구에 끝까지 참여한 91명(남 56명, 여 35 명)을 남녀별로 분석한 결과 남자에서는 실험군과 대조군 간 에 체중, 체질량지수, 근육량, 체지방량, 체지방률, 내장지방 면적에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 여자에서는 임상적 의미는 확실하지 않으나 실험군에서 체중(실험군 1.1±1.1 ㎏, 대조군 0.3±1.9 ㎏)과 체질량지수(실험군 0.5±0.4 ㎏/㎡, 대조 군 0.0±0.5 ㎏/㎡), 체지방량(실험군 0.8±0.9 ㎏, 대조군 -0.3±1.4 ㎏), 체지방률(실험군 1.0±1.5%, 대조군 -0.6±2.4%)이 약간 증 가하였다(P<0.05). 이러한 증가는 주로 연구시작 당시 체질량 지수를 기준으로 저체중, 정상체중, 과체중, 비만군의 4군으로 분류하였을 때 정상체중이었던 여자 실험군에서 증가하였다 (P<0.05). 결론: 수직진동운동기는 젊은 남녀 성인에서 체중 감량 및 체 지방, 내장 지방을 줄이는 효과가 관찰되지 않았고, 근육량을 증가시키는 데에도 유의한 효과가 없었다.

철골 조립식주택 바닥판 진동 평가에 관한 연구

김종성,조민주,김승훈 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.1

최근 연구개발이 활발히 이루어지고 있는 철골 조립식주택은 공장에서 생산되고 현장에서 조립되는 건설방식의 특성으로 인해 일 반 건축물의 철근콘크리트 바닥판과 같이 일체타설 시공되지 못하게 되며 부재 단면크기 감소 및 경량화 등으로 인해 거주자의 활동에 의한 바 닥판의 수직진동 및 처짐이 사용성 평가 측면에서 중요한 문제가 될 수 있다. 따라서 이 연구에서는 대상 조립식주택에서 장변방향 보 중앙에 샛기둥이 설치된 모듈과 설치되지 않은 모듈을 대상으로 실무에서 일반적으 로 사용되고 있는 AISC 설계지침서 11의 계산식(이하 AISC 계산식)을 이용하여 바닥판의 진동성능을 평가하고 범용해석프로그램을 이용한 해석결과와 비교를 통해 AISC 계산식의 적용성을 고찰하였다. 이를 토대로 샛기둥이 설치된 모듈의 바닥판에서 AISC 계산식과 해석결과의 오차가 크게 발생되는 구조적 원인을 분석하고 이를 고려하는 방안을 제시하였다. 또한 대상 조립식주택 바닥판에 대한 진동성능 향상방안을 변수로 해석모델을 수립하고 진동응답해석 및 경제성평가를 통해 진동성능과 경제성이 우수한 방안을 제시하였다. The steel frame modular housing of which the research and development has been actively carried out recently cannot be constructed through monolithic placement like the reinforced concrete deck of general structure due to the characteristics of construction method of production in the factory and assembly on the site. And floor vertical vibration and deflection caused by inhabitants' activities may become an important issue in the aspect of usability evaluation due to a decrease in the section size of member, a decrease in weight, and so on. Therefore, this study evaluated the vibration performance of deck by using formula of AISC Design Guide 11(hereinafter AISC formula) which was practically used in general for modules where a stud was and wasn't installed at the center of beam in the longitudinal direction in the modular housing to be studied, and examined the applicability of AISC formula through comparison with the results of analysis using a general-purpose analysis program. On the basis of this, a structural cause for an error to occur between analysis result and AISC formula in the deck of module in which a stud was installed was analysed, and measures for considering this were suggested. Besides, an analysis model with the variables of measures for improving the floor vibration performance of modular housing to be studied was established. And measures having excellent vibration performance and economic feasibility were suggested through vibration response analysis and economic evaluation.

전단벽식 건축구조물 수직진동의 수평방향 전달특성에 관한 실험연구

전호민(Chun, Ho-Min) 한국소음진동공학회 2006 한국소음진동공학회 논문집 Vol.16 No.3

In general, the vertical vibration problems for strength of members and serviceability of building structures are not considered in structural design process, but the prediction of the vertical vibration is very important and essential to structural design process. This study aims to investigate the characteristics of vertical vibration in terms of the transfer of horizontal directions to near-rooms on the shear wall building structures. In order to examine the characteristics of vertical vibration, the modal test and the impact (heel-drop and hammer) excitation experiments were conducted several times on two building structure. The results from the experiments are analyzed and compared with the results. The results of this study suggest that the characteristics of vertical vibration transfer in horizontal way are effected from the fundamental frequency of the slabs, and are effected the shear wall on the Path of the vibration transfer.