편평한 암석절리면의 속도 의존적 전단거동 특성

박병기,이창수,전석원,Park, Byung-Ki,Lee, Chang-Soo,Jeon, Seok-Won 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.2

최근 암반구조물의 규모가 점차 대형.대단면화됨에 따라 암반 절리면이 자유면에 노출되는 경우가 빈번하게 발생할 수 있으며 지진, 발파와 같은 외부 동적 하중의 영향을 받을 가능성이 커지고 있으므로 다양한 동적 하중조건 하에서 암반 불연속면의 거동 특성 파악을 위한 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 전단속도의 변화에 따른 편평한 화강암 전단면의 마찰특성 변화를 알아보고자 다양한 조건하에서 직접전단시험을 수행하였다. 수행한 직접전단시험은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 첫 번째 시험에서는 시험이 수행되는 동안 각각 7가지의 일정한 전단속도로 전단변위가 발생되도록 하여 전단속도에 따른 마찰계수의 변화를 살펴보았으며, 두 번째 시험에서는 전단변위가 발생되는 중간에3가지 형태의 순간적인 전단속도 변화가 마찰특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 수직응력과 전단속도의 변화에 따른 편평한 화강암의 마찰계수 변화는 가해진 수직응력 수준에 영향을 받는 것으로 나타났으며, 전단속도의 변화가 마찰거동에 영향을 미치기 시작하는 전이속도는 수직응력이 증가함에 따라 낮아지는 것으로 나타났다. 또한 전단속도가 느릴수록 stick-slip 거동에서의 응력 저하 폭이 커지는 경향을 보였다. 순간적인 전단속도 변화에 따른 정상 상태에서의 마찰계수 변화를 살펴본 결과 순간적인 속도의 증가에 따라 마찰계수가 감소하는 속도 연화 현상이 나타났으며, 느린 전단속도에서 전단속도의 변화에 따른 마찰계수의 감소폭이 빠른 전단속도에서의 변화에 따른 감소폭보다 더 큰 경향을 보였다. Recently, the probability of rock joints being exposed to free faces is getting higher for the scale of rock mass structures gets larger. Also, the frequency of occurring dynamic events such as earthquakes and blasting has been increasing. Thus, the shear behavior of rock joints under different conditions needs to be investigated. In this study, a series of direct shear tests were carried out under various conditions to examine the velocity-dependent shear behavior of saw-cut rock joints. Two types of direct shear test were carried out. The first was to examine the velocity-dependent shear behavior of saw-cut rock joints at seven different shear velocities, each with three different normal stresses. The second was to examine the shear behavior of saw-cut rock joints when three different instantaneous shear velocities changed. As a result, the coefficient of friction was affected by normal stress. The breakpoint velocity, the point when the change of shear velocity starts to affect the frictional behavior, became lower as normal stress increased. Also, as the shear velocity became lower, the degree of stress-drop on stick-slip behavior became larger. As a result of examining the changes of friction coefficient, velocity weakening (decrease of friction coefficient) was observed. The decrement of friction coefficient due to the changes of shear velocity under slow shear velocity was larger than that under fast shear velocity.

주행속도 기반 도로 평면선형 설계 안전성 평가연구

김용석,조원범 대한교통학회 2004 대한교통학회지 Vol.22 No.7

현 도로설계기준은 설계속도가 주행속도를 대표하는 값임을 내재하고 있다. 역으로, 설계속도와 주행속도의 불일치는 현 도로설계가 주행 안전 및 쾌적감을 보장하지 못함을 의미하게 된다. 이런 맥락에서, 지방부 2차로 도로를 대상으로 운전자의 주행속도를 조사하여 설계속도와 주행속도 사이의 관계에 대해 검토하였다. 추가적으로, 주행속도로부터 도출된 수요 횡방향 미끄럼 마찰계수와 공급 횡방향 미끄럼 마찰계수를 주행 역학적 안전성 관점에서 비교하였다. 주행속도와 공급 설계속도를 비교한 결과, 평면 곡선반경 약 200m 이하 구간에서 주행속도가 공급 설계속도를 초과하는 것으로 나타났으며, 평면 곡선반경에 작을수록 두 속도 사이의 차이가 큰 경향을 나타냈다. 유사하게, 평면 곡선반경 약 200m 이하 구간에서 수요 횡방향 미끄럼 마찰계수가 공급 횡방향 미끄럼 마찰계수를 초과하는 것으로 나타났으며, 평면 곡선반경이 작을수록 두 값 사이의 차이가 큰 경향을 나타냈다.

엔트로피 컨셉을 이용한 등류수로 마찰속도식 제안

추태호(Tai-Ho Choo),손희삼(Hee-Sam Son),윤관선(Gwan-Seon Yun),노현석(Hyun-Seok Noh),고현수(Hyun-Soo Ko) 한국콘텐츠학회 2015 한국콘텐츠학회논문지 Vol.15 No.2

마찰속도란 벽면 가까이의 흐름에서 벽면의 마찰 응력과 밀도로 정의되는 속도의 차원을 갖는 양이다. 또한 마찰속도는 바닥 흐름에서 전단력을 나타내는 수리학적 매개변수이다. 게다가 개수로 설계나 하천, 해안에서 유사 및 물질의 거동을 파악하는데 정확한 마찰속도의 산정이 매우 중요하며 주 흐름방향의 혼합계수를 결정하는데 필수적인 요소이다. 이러한 마찰속도를 산정하는 방법들은 하상경사를 이용하는 방법, 레이놀즈 응력분포를 이용하는 방법, 점성저층에서 평균유속의 선형법칙을 이용하는 방법, 벽 전단 응력의 직접적 측정방법 등이 있다. 본 연구에서는 기존 방법과 달리 확률통계 기법에 사용되는 엔트로피 개념에 접목하여 새로운 마찰속도공식을 제안하였고, 이를 검증하기 위해 Song의 실측 실험데이터를 이용하였다. 제안한 공식과 마찰속도 공식에 의해 산정된 마찰속도의 결정계수는 0.999-1.000로 잘 일치한 것으로 분석되었다. The friction velocity is a quantity with the dimensions of velocity defined by the friction stress and density of a wall surface at near wall of flow condition. Also, the friction velocity is the hydraulic parameter describing shear force at the bottom flow. Moreover, it is a very important factor in designing open channel and essential to determine the mixing coefficient in the main flow direction. The estimation of the friction velocity are such as methods using channel slope, linear law of the mean velocity at viscous sub-layer and direct measurement of wall shear stress, etc. In the present study, we propose a friction velocity equation that has been optimized by combining the concept of entropy, which is used in stochastic method, and to verify the proposed equation, the experimental data measured by Song was used. The R squared for friction velocities between proposed equation and friction velocity formula analyzed 0.999 to 1.000 in a very good agreement with each equation.

지방부 도로에서 평면선형 설계관리의 필요성

김용석,조원범 한국도로학회 2010 한국도로학회논문집 Vol.12 No.2

Road design guideline provides the directions on how to design a road alignment based on design speed, and this guideline has a design expectation in that design speed is supposed to be equal to the operating speed of drivers. Horizontal curve design is also based on design speed, and minimum radius is derived based on the drivers comfort while negotiating the curve. However, side friction reflecting drivers comfort is lower than a physical friction measured on wet road surface, therefore, it is reasonable to regard the criterion on minimum radius has a safety margin. Futhermore,the practical preference of choosing the larger radius than minimum leads to a noticeable gap between design speed and operating speed, so links to the violation of design expectation implicated in the guideline. In order to review this assumption, friction and operating speed at rural roads was measured and observed. As the results, a safety margin brought out by the gap between comfort-based friction and measured friction is qualitatively derived. Also, the gap between design speed and operating speed presumably caused by the safety margin and practical preference is analysed. By this, it is suggested that current design guideline should provides not only the minimum radius but also the management of road alignment design to minimize the gap between the design speed and operating speed. 현 도로설계기준은 설계속도에 기반하여 선형설계에 관한 지침을 제시하고 있으며, 이는 설계속도가 도로 공용 후에 운전자의 주행속도와 거의 동일할 것임을 전제하고 있다. 도로 평면 곡선부의 설계도 주어진 설계속도에 따라 운전자가 쾌적성을 유지한 채 통과할수 있는 최소곡선반경을 기준으로 제시하고 있다. 그러나 쾌적성에 기초한 횡방향 미끄럼마찰계수는 실제 습윤노면에서 관측되는 물리적인 횡방향 미끄럼마찰계수보다 낮기 때문에 기준에 제시된 곡선반경은 최소의 의미보다는 권장 값으로 보는 것이 합리적이다. 아울러, 최소곡선반경보다 여유로운 설계 값을 선호하는 실무관행으로 도로 공용 후 운전자의 주행속도는 설계속도를 상회하여 설계속도가 주행속도를 대표하지 못하는 결과를 초래하고, 결과적으로 현 설계기준의 주요전제를 위반하게 될 것으로 본다. 이러한 연구 가정을 검토하기 위해 지방부 도로에서 노면 미끄럼 마찰계수와 운전자의 주행속도를 조사하였다. 연구결과로, 쾌적성에 기반한 미끄럼마찰계수와 물리적인 미끄럼마찰계수와의 차이에 따른 안전여유를 정량적으로 제시했고, 안전여유 및 설계관행에 따른 여유로운 설계로 인해 설계속도와 주행속도 간에 괴리가 발생함을 제시했다. 이를 토대로, 현 설계속도 기반의 선형설계는 최소기준과 더불어 설계속도와 주행속도 사이의 괴리를 최소화할 수 있는 선형 설계 관리 방안이 마련될 필요가 있다.

마찰해석모델에 따른 PVDF/MgO 마찰재 적용 면진 장치가 설치된 교량의 성능 비교 분석

박혜리,김성조,한동석 한국전산구조공학회 2023 한국전산구조공학회논문집 Vol.36 No.2

본 연구에서는 마찰모델에 따라 다른 마찰진자시스템(FPS)이 적용된 교량의 성능을 비교・분석하기 위해 구조해석을 수행하였다.마찰해석모델 별 성능을 분석하기 위해 PVDF/MgO 마찰재의 마찰계수를 활용하여 쿨롱 마찰모델과 속도 의존 마찰모델을 구축했다.쿨롱 마찰모델은 마찰속도와 관계없이 단일 마찰계수를 사용하며, 속도 의존 마찰모델은 마찰속도에 따른 마찰계수의 변화를 반영하는 마찰모델이다. 지진해석으로 비선형 시간 이력 해석과 지진 취약도 해석을 수행하여 구조물의 응답을 확인하였다. 마찰모델에 따른 바닥판과 교각의 지진 응답을 활용해 면진된 교량의 성능을 분석하였으며, 면진된 교량의 성능을 효과적으로 평가할 수 있는 마찰모델을 분석했다.

황사발생량 예측을 위한 임계마찰속도 산정 방법 개선

박영권 ( Young-kwon Park ),박성훈 ( Sung-hoon Park ) 한국환경기술학회 2011 한국환경기술학회지 Vol.12 No.4

먼지발생 모델링은 지표면 근처의 바람의 세기가 임계값을 넘어설 때 먼지가 발생한다고 가정하며, 이 임계값은 흔히 임계마찰속도로 표현된다. 따라서, 황사발생량을 정확히 예측하기 위해서는 임계마찰속도를 정확하게 예측하는 것이 무엇보다도 중요하다. 임계마찰속도는 바람에 의한 먼지 발생을 억제하는 정도를 나타내는 값으로서 토질, 토지피복, 수분함유량과 같은 토양 특성에 따라 달라진다. 황사의 발생과 수송을 모의하는 대기질 모델은 수십 km 크기의 수평 격자들로 이루어지며, 이럴 때 한 지표면 격자에는 여러 가지 토지피복이 혼합돼 있는 것이 일반적이기 때문에, 보통 각토지피복이 차지하는 넓이를 가중인자로 하는 기하평균을 각 격자의 대표 거칠기 길이로 사용하여 마찰속도를 결정하게 된다. 그러나, 본 연구에서 살펴본 바에 따르면, 이렇게 평균 거칠기 길이를 사용하여 모의할 경우, 맨땅이 주요 토지피복이 아닌 격자에 대해서는 지표면 거칠기 길이와 임계마찰속도가 지나치게 크게 계산됨으로써 그 격자 전체에서의 먼지 발생이 불가능한 것으로 나타나는 오류가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 연구에서는 격자 크기를 무한히 작게 가져가는 이상적인 경우를 살펴보고, 이를 대형 격자 구조에서 구현하는 방법으로 한 격자의 대표 거칠기 길이를 전체 토지피복 범주에 대한 평균이 아닌 맨땅에 대한 거칠기 길이로 정하되 먼지 발생 면적을 그 격자에서 맨땅이 차지하는 분율로 제한하는 방식을 제안하였다. 개선된 알고리즘에 따라 2006년 4월에 발생했던 황사 기간에 대해 평균 지표면 거칠기 길이와 임계마찰속도의 분포를 모의하였다. 임계마찰속도를 구하는 데 필요한 토양 수분함유량을 추정하기 위해 기상 모델 MM5를 사용하였다. 얻어진 평균 지표면 거칠기 길이와 임계마찰속도의 분포는 합리적인 결과를 보였으며, 특히 모의된 임계마찰속도는 관측결과를 통계적으로 분석한 선행 연구의 결과와 비교적 잘 일치하였다. Wind-blown dust is emitted when near-surface wind speed exceeds a threshold value, which is often expressed as the threshold friction velocity. Therefore, it is important to estimate the threshold friction velocity accurately for reliable wind-blown dust emission forecast. Threshold friction velocity represents the erodibility of the surface soil and depends on surface characteristics such as land-cover, soil texture, and soil moisture content. Typical air quality models in which a wind-blown dust emission module is incorporated use horizontal grid size of tens of kilometers and each grid consists of several different land-cover categories. Thus, the representative surface roughness length is generally determined as the geometric mean of those land-cover categories for computing the threshold friction velocity. According to the assessment of this study, however, the average surface roughness length leads to too high threshold friction velocity for the entire grid and unreasonably disable the dust emission from barren land portion of the grid. By comparing with an ideal case in which the grid size is infinitesimal, we suggest that the representative surface roughness length should be determined not by average of all land-cover categories but by barren land only and the fraction of barren land should be multiplied when the dust emission amount is calculated in a large grid system. The improved algorithm was applied to modelling of surface roughness length and threshold friction velocity over the wind-blown dust emission areas for an Asian dust storm event that occurred in April 2006. The meteorological model MM5 was used to estimate the soil moisture content required to calculate the threshold friction velocity. The model-estimated surface roughness length and threshold friction velocity were reasonable. In particular, the modelled threshold friction velocity was in good agreement with a previous study that analyzed the observations statistically.

매끄러운 관수로 내 난류흐름특성을 반영한 수리학적 매개변수에 의한 마찰속도의 산정

추태호(Tai Ho Choo),손종근(Jong Keun Son),권용빈(Yong Been Kwon),안시형(Si Hyung Ahn),윤관선(Gwan Seon Yun) 한국콘텐츠학회 2016 한국콘텐츠학회논문지 Vol.16 No.4

스마트워터그리드의 중요한 요소기술로써 그리드(관망)의 설계는 압력, 마찰계수, 마찰속도, 수두손실, 그리고 에너지 경사와 같은 수리학적 매개변수를 추정하는 것이 필수적이다. 특히, 그리드의 마찰속도는 에너지 경사, 마찰계수, 압력, 수두손실 등의 결합에 있어 매우 중요한 인자이다. 그러나 마찰 수두손실, 마찰속도 등 마찰인자를 정확히 산정하는 것은 매우 어려우며, 경험적 마찰 인자는 여전히 약 100년 전에 개발된 공식과 이론을 사용함으로써 산정된다. 따라서, 본 논문에서는 최대유속과 마찰속도 사이의 새로운 공식을 Darcy-Weisbach의 마찰수두 손실공식과 Schlichting 공식 사이의 적분관계 및 회귀분석을 통하여 개발하였다. 개발된 공식을 증명하기 위하여 매끄러운 관 자료가 사용되었으며 제안한 공식은 관측 자료와 비교하여 높은 정확성을 보여준다. 이 연구의 결과는 안정성 향상과 그리드 설계에 사용이 가능할 것으로 판단된다. Grid(pipe network) design is an important element of Smart Water Grid, which essential to estimate hydraulic parameters such as the pressure, friction factor, friction velocity, head loss and energy slope. Especially, friction velocity in a grid is an important factor in conjunction with energy gradient, friction coefficient, pressure and head loss. However, accurate estimation friction head loss, friction velocity and friction factor are very difficult. The empirical friction factor is still estimated by using theory and equation which were developed one hundred years ago. Therefore, in this paper, new equation from maximum velocity and friction velocity is developed by using integration relationship between Darcy-Weisbach’s friction head loss equation and Schlichting equation and regression analysis. To prove the developed equation, smooth pipe data areis used. Proposed equation shows high accuracy compared to observed data. Study results are expected to be used in stability improvements and design in a grid.

외부 공기속도 변화에 따른 소결마찰재와 디스크간 마찰특성

이종성(Lee, Jong-Seong),정수영(Chung, Su-Young) 한국도시철도학회 2013 한국도시철도학회논문집 Vol.1 No.2

대표적인 마찰재인 금속계 소결마찰재(Metallic Sintered Friction Material)는 동합금 또는 철합금을 기지(Matrix)로 하여 세라믹, 윤활제등 10여종의 성분을 포함하는 복합재료이다. 기존선의 속도향상을 저해하는 요인은 매우 다양하지만 분기기 통과속도 제한규정은 그중 가장 대표적 사례로 손꼽히고 있다. 본 연구에서는 분기기에서의 속도향상을 목표로 대구 지하철공사 현장조사를 통한 분기기에서의 가드레일의 형상을 검토하였고, 개발한 분기기 해석기법을 통하여 F10/F12 분기에서의 가드레일 길이 변화에 따른 주행안전성 해석을 수행하였다. 외부공기 속도변화가 내열강 디스크와 금속계 소결 마찰재간의 마찰특성에 미치는 영향을 소형관성시험기를 사용하였다. 제동압력이 높은 경우 외부공기 유속에 따른 마찰 계수의 변화는 없지만, 제동압력이 낮은 경우는 유속에 따른 변화를 나타내었다. 또한 저압에서 공기유동이 있으면 마찰계수 안정성은 낮아졌다. 이러한 원인은 마찰면에 형성된 산화피막을 영향인 것으로 판단된다. Cu-Matrix sintered brake pads and low alloyed heat resistance steel are most are most applied to basic brake system for high energy moving machine. In this research we analyzed tribological characteristics for influence of air velocity between disk and pad. At low brake pressure with air flow. friction stability was decreased due to no formation of tribofilm at disk surface. But there are no significant change of friction coefficient at all test conditions. Wear rate of friction materials were decreased with increasing of air flow velocity. In results, air flow velocity influenced friction stability, wear rate of friction materials and disk but not friction coefficient.

활주 직전과 제동 직전 속도의 상관관계 규명에 관한 연구

유태선,전진우,박홍한,이수범 대한교통학회 2009 대한교통학회지 Vol.27 No.1

This paper investigates the accuracy of vehicle pre-braking speed estimates based upon tire/roadway coefficient of friction(drag factor) measurements and skid mark measurements. Data for pre-braking and pre-skidding speeds were collected to determine if there were any correlations between pre-braking speeds and pre-skidding speeds. Braking tests were performed on two vehicles using various measurement devices including a fifth wheel, a speed gun, and a vericom 2000. The vehicle speeds, braking distances, skid mark distances, and deceleration histories were recorded. From these data, coefficients of friction and vehicle pre-skidding speeds for the tested road surface were calculated. The pre-skidding speeds were then compared to the actual pre-braking speeds of the vehicles in order to establish relationships between pre-skidding and pre-braking speed. A correlation between the pre-skidding speed and the actual pre-braking speed was established for the study data. 이 논문은 타이어-노면간 마찰계수(drag factor)와 노면에 발생된 스키드마크를 통해 제동직전 속도(pre- braking speed) 산정을 정확하게 하기 위한 방법론을 제시하고자 한다. 제동직전 속도(pre-braking speed)와 활주직전 속도(pre-skidding speed)간 어떠한 상관관계가 있는지 판단하기 위해 실차 주행 및 제동실험을 통해 데이터가 수집되었다. 두 대의 차량에 fifth wheel(오륜) 장비, 스피드건, vericom 2000 등 다양한 측정장비를 탑재하여 제동실험이 수행되었으며, 자동차 속도, 제동거리, 활주거리, 감속도 등이 정밀측정되었다. 실험자료의 분석을 통해 노면 마찰계수값과 활주직전 속도를 산정하고, 이후 활주직전 속도와 제동직전 속도를 비교하여 이들간의 상관관계를 규명하였다. 결과적으로 산정된 마찰계수값은 현재 일반적으로 적용되고 있는 0.8보다 높았으며, 제동직전 속도는 활주직전 속도보다 5~10km/h 정도 높은 것으로 나타났다. 향후에는 다양한 차종과 노면조건에 대한 후속실험을 통해 더욱 정교한 한국형 분석모형의 개발과 실무적용이 필요할 것으로 판단된다.

투습발수 가공방법에 따른 직물의 마찰 속도별 소리 특성

한아름,양윤정,조길수 한국감성과학회 2009 춘계학술대회 Vol.2009 No.-

본 연구는 가공방법이 다른 투습발수직물의 마찰 속도별 직물마찰음의 소리특성과 주관적 평가간의 관계를 분석하는 것을 목적으로 한다. 스포츠웨어용 투습발수직물 중 가공방법이 다른 4 종(PU 건식코팅, PU습식코팅, 시레가공, 라미네이팅)의 나일론 100% 시료를 대상으로 실험하였다. 마찰속도의 상세 설정이 가능한 직물소리 시뮬레이터 v. 4.0으로 제어가 되는 직물마찰음 발생장치를 사용하여 직물마찰음을 발생시켜 녹음하였다. 직물의 마찰 속도는 동작(walking, jogging, running)시 팔과 몸통 사이의 마찰속도를 분석하여 이 속도에 따라 직물마찰음을 발생시켰고, Sound quality system으로 7 가지(SPL, △L, △f, Loudness(Z), Sharpness(Z), Roughness(Z). Fluctuation Strength(Z)) 소리특성을 분석하였다. 주관적 평가는 9 개의 형용사 쌍에 대해 의미미분척도로 평가되었다. 소리특성 분석 결과, 속도별 소리특성은 가공방법에 따른 차이 없이 walking 시가 가장 덜 시끄러운 소리가 발생하였고, 가공방법에 따라서는 마찰속도에 따라 약간 차이가 있지만 라미네이팅가공을 한 시료가 가장 날카로운 소리를 발생시켰다. 주관적 평가 결과, ``거슬리는``과 ``불쾌한``의 감성에 대해서는 walking, jogging, running의 순서로, 시레가공, 라미네이팅, PU건식코팅, PU 습식코팅의 순서로 증가하였다.