진동절연재로 보강된 기둥부재의 진동저감효과 및 구조적 거동분석

김진호,이나현,허진호,김희규 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.4

For elevated railway station on which track is connected with superstructure of station, structural vibration level and structure-borne-noise level has exceeded the reference level due to structural characteristics which transmits vibration directly. Therefore, existing elevated railway station is in need of economical and effective vibration reduction method which enable train service without interruption. In this study, structural vibration non-transmissible system which is applied to vibroisolating material for column member is developed to reduce vibration. That system is cut covering material of the column section using water-jet method and is installed with vibroisolating material on cut section. To verify vibration reduction effect and structural performance for structural vibration non-transmissible system, impact hammer test and cyclic lateral load test are performed for 1/4 scale test specimens. It is observed that natural period which means vibration response characteristics is shifted , and damping ratio is increased about 15~30% which means that system is effective to reduce structural vibration through vibration test. Also load-displacement relation and stiffness change rate of the columns are examined, and it is shown that ductility and energy dissipation capacity is increased. From test results, it is found that vibration non-transmissible system which is applied to column member enable to maintains structural function. 궤도가 역사의 상부에 위치하여 열차운행으로 인하여 발생한 진동이 직접 전달되는 선하역사에서 구조물 진동과 이로 인한 구조물 기인 소음이 기준치보다 높은 것으로 나타남에 따라, 기존 선하역사에 대하여 열차 운행의 중단 없이 진동저감이 가능한 경제적, 효율적 방안이 요구된다. 이에 본 연구에서는 진동전달 경로상의 기둥에 워터젯 공법으로 기둥단면에서 피복재 부분을 파쇄한 후 진동전달 절연기능을 가지는 에폭시 소재의 방진재를 보강하여 진동을 저감시키기 위한 구조진동절연시스템을 개발하였다. 방진재의 보강체적을 변수로 한 진동절연시스템을 실제역사 기둥의 1/4축소모형에 적용하고, 충격가진 시험을 통한 진동저감 성능과 횡하중 반복가력시험을 통한 구조적 성능을 검증하고자 하였다. 충격가진 실험결과로부터 구조진동절연시스템을 적용할 경우 고유 진동주기가 하향되어 진동응답 특성이 변화되고 감쇠비는 약 15~ 30%까지 증가를 나타내어 진동저감 성능이 있음을 알 수 있었다. 또한 반복하중 가력에 의한 구조성능 실험에서 하중-변위 및 강성변화에 대한 고찰과 연성도 및 에너지 소산의 증가를 보인 결과로 부터 구조부재로의 기능을 유지함을 확인 할 수 있었다.

유한요소해석을 이용한 고무차륜 주행로 진동 저감 구조 개발

김재식(Jae-Sik Kim),이호용(Ho-Yong Lee),이일화(Il-Wha Lee),홍희록(Hee-Rok Hong),이강산(Kang-San Lee),이다솜(Da-Som Lee),서명원(Myung-Won Suh) 한국도시철도학회 2020 한국도시철도학회논문집 Vol.8 No.1

고무차륜 경전철은 저렴한 비용과 중규모의 수송능력을 갖춘 철도 시스템이다. 그러나 주거 밀집지역 주행 시 발생하는 소음에 대한 대책은 부족한 실정이다. 이에 따라 진동을 저감하기 위한 방진대책은 추가로 연구될 필요가 있다. 본 연구에서는 주행로의 진동 저감을 위한 구조를 선정하기 위해 유한요소해석을 활용하여 진동 특성 해석 기법 및 모델을 구축하고, 진동저감 효과가 우수한 주행로 구조를 제안한다. 주행로 구조는 기존 콘크리트 주행로, 단순 방진재 주행로 및 철판방진재 주행로가 있으며 실제 운행 조건을 고려한 구조 및 진동 해석을 수행한다. Rubber wheeled light rail vehicle is a railway system with low cost and mesoscale transport capacity. However, the research for vibration isolator way is needed because of vibration generated by running. In this study, We developed a vibration characteristic analysis method and model of a runway using finite element analysis. And then, We proposed the runway with excellent vibration isolator effect. There are the variable type of the runway structures including concrete runway, rubber and steel-rubber vibration isolator runway. The vibration analysis analyzed vibration acceleration results based on actual driving conditions. As a result, the steel-rubber vibration isolator runway model is decreased by 86%

항공기 진동에 대한 광학 탑재 장비 구조 안정성 및 광학 성능 분석

조문신(Mun Shin Jo),김상원(Sang Won Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.9

광학 탑재 장비는 다수의 광학 부품 및 검출기로 구성되며 목표물 탐지와 분류를 목적으로 항공기, 전차 및 군함에 탑재되어 운용된다. 수 km 고도에서 운용되는 항공용 광학 탑재 장비는 항공기에서 발생하는 진동 때문에 구조 안정성과 광학 성능 저하가 발생한다. 설계 단계에서 진동 환경조건에 대한 탑재 장비의 구조 안정성 및 광학 성능 검증이 요구된다. 본 연구에서는 진동 환경조건을 시험 표준 규격서와 항공기에서 발생하는 진동을 측정하여 분석하였다. 진동 환경조건은 구조 안정성 검증을 위한 내구도 진동조건과 광학 성능 검증을 위한 운용 진동조건으로 구분하였다. 구조 안정성을 고유진동수해석, 내구도 진동 응답해석 및 정해석을 통해 검증하였다. 광학 성능을 운용 진동 응답해석 결과를 광학 설계/분석 프로그램에 적용하여 검증하였다. Optical equipment consists of various components, and a detector is mounted and operated on aircraft, tanks, and warships for target detection and classification. The structural stability and optical performance of aeronautical optical equipment operated at several kilometers of altitude are degraded owing to vibration generated in the aircraft. It is necessary to verify the structural stability and optical performance requirements of the equipment in vibration environment conditions during the design phase. In this study, vibration environment conditions were analyzed using a test standard and the measurements of the vibration generated in aircraft. The conditions were classified as endurance and operating vibration conditions for structural stability and optical performance verification, respectively. The structural stability was verified according to natural frequency analysis, response analysis for the endurance vibration condition, and static analysis. The optical performance was verified by applying the vibration response analysis results to the optical design/analysis program.

마찰감쇠가 포함된 구조물의 자유진동 변위 및 가속도응답 특성

이성경,박용신,송상훤,이웅구 대한건축학회지회연합회 2019 대한건축학회연합논문집 Vol.21 No.3

Free vibration of structures includes information on their inherent dynamic characteristics such as natural frequency and damping ratio. Especially, in the case of a structure including the friction damping, in which a strong nonlinearity depending on structural displacement and velocity is inherent, the amount of energy dissipation and equivalent viscous damping can be estimated by analyzing the free vibration from initial displacement to motion stopping. Free vibration displacement and acceleration responses to both single-degree-of-freedom(SDOF) and multi-degree-of-freedom(MDOF) structures containing friction damping are investigated in this paper. Due to the friction damping under an assumed initial condition, the number of cycles that pass before the motion stops and both the permanent displacement and acceleration after the motion ceases are theoretically derived from the equation of motion for SDOF structure, and verified through the numerical analysis. Also, free vibration response to MDOF structure simultaneously considering both viscous and friction damping is analysed by using its modal decomposition. As the friction force is acting on inter-story of a structure and its sign convention depends on inter-story velocity, the equation of motion for MDOF structure is composed of the story drift coordinates. Structural mass, viscous damping and stiffness matrices that has the form of non-diagonal matrix are converted to diagonal matrix, and structural modal responses are obtained by applying their modal orthogonality. Finally, it is confirmed that free vibration responses to MDOF structure with the story drift coordinates are exactly agreed with those transformed to physical coordinates by the superposition of single modal responses which has been decomposed by the modal orthogonality. 구조물의 자유진동응답에는 고유진동수와 감쇠비와 같은 구조물 고유의 동특성에 관한 정보가 포함되어 있다. 특히, 변위와 속도에 따라 비선형성이 강한 마찰감쇠가 포함된 구조물과 같은 경우에는 초기진동으로부터 운동이 멈추는 순간까지의 자유진동응답을 분석함으로써 에너지 소산량과 등가점성감쇠를 추정할 수 있다. 본 연구에서는 마찰감쇠가 포함된 단자유도 및 다자유도 구조물의 자유진동 변위응답과 가속도응답을 분석하였다. 단자유도 구조물에 대해서는 주어진 초기조건에 대해서 마찰감쇠의 영향으로 인해 운동이 정지하는 사이클의 수, 영구변위와 가속도를 이론적으로 유도하고 이를 수치해석적으로 검증하였다. 또한, 점성과 마찰감쇠를 동시에 고려한 다자유도 구조물의 모드좌표계 변환을 이용한 자유진동응답을 분석하였다. 마찰력은 구조물의 층간에 작용하고 층간속도에 따라서 부호가 변화하기 때문에, 층간변위 좌표계를 이용하여 전체 다자유도 구조물의 운동방정식을 구성하였다. 비대각행렬로 표현된 구조물의 질량, 점성감쇠 및 강성행렬은 대각행렬로 변환하고 모드직교성을 적용하여 모드응답을 구하였다. 최종적으로, 모드직교성에 의해 분리된 단일모드의 응답을 중첩시켜 물리적인 좌표계로 변환한 응답이 원래의 층간변위계 구조물의 응답과 정확히 일치하는 것을 확인하였다.

열차 하중에 의한 지하철 구조물의 진동 특성에 관한 연구

박성우,박승수,황인백 한국구조물진단유지관리공학회 2011 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.15 No.4

본 연구에서는 열차 진행에 따른 진동이 지하철 박스구조물에 미치는 영향에 대해서 분석을 수행하였다. 이를 위하여 지하철 본선에 센서를 설치하고 지하철이 운행 시간대의 열차진동 데이터를 획득하였다. 센서의 위치는 하부보, 측벽, 상부슬래브에 설치하였고, 자갈도상부와 콘크리트도상부의 하부보와 측벽에 각각 센서를 부착하여 부재의 위치 및 도상의 종류에 따른 진동의 영향을 분석하였다. 하부보와 상부슬래브의 동적응답을 분석한 결과 하부보의 진동속도에 비하여 상부슬래브의 진동속도는 작은 것으로 분석되었고, 상부슬래브 균열의 폭에 대한 변화도 없는 것으로 분석되어 진동의 영향이 상부슬래브까지 미치지 않는 것으로 분석되었다. 자갈도상과 콘크리트도상의 위치에서 하부보와 측벽의 가속도를 비교한 결과 콘크리트 도상의 약간 큰 것으로 나타났으나 그 차가 크지 않아 도상의 차이에 따른 정량적인 분석은 추후에 추가적인 연구를 통하여 분석하여야 할 것으로 판단된다. 구조물의 진동을 평가하기 위해서 가속도 이력을 속도이력으로 변환하여 기존의 승강장에서 수집된 진동 속도 데이터와 비교하였으며, 승강장보다는 본선의 진동속도가 더 빠른 것을 확인할 수 있었다. 금번 연구를 통하여 정밀안전 시에 지하철의 진동을 측정하여 구조물의 평가를 처음으로 시도하였으며 추후 연구에서는 측정 분해능을 보다 세밀하게 하고 측정 개소를 다양화하여 보다 세밀한 분석을 수행하는 연구가 필요할 것으로 판단된다. In this study, the vibration analysis of the underground box structures induced train movement is studied. In order to perform these analysis, dynamic data, which was measured when subway is in service, are gained by attaching accelerometers on the structure such as lower beam, lateral wall and upper slab. Also, accelerometers are attached on the lower beams and side walls of the gravel ballast and concrete ballast sections in order to compare vibration due to ballast materials. The vibration results of upper slabs and lower beams reveal that the vibration on the upper slabs is greater than the lower beams. Also, the results of the crack gauge on the upper slab show that crack width dose not change due to vibration, These means that the effect of the vibration on the structure is very limited. In order to evaluate the vibration of the structure, acceleration unit is converted to velocity unit comparing with the existing velocity data gained from the platforms.

진동기반 자기회귀모델을 통한 항만케이슨 지반-구조 경계부의 손상 모니터링

이소라(Lee, So-Ra),이소영(Lee, So-Young),김정태(Kim, Jeong-Tae),박우선(Park, Woo-Sun) 한국해안해양공학회 2011 한국해안해양공학회 논문집 Vol.23 No.1

본 연구에서는 진동기반 자기회귀모델을 이용하여 항만케이슨의 지반-구조 경계부 손상모니터링을 수행하였다. 이를 위해, 첫째, 케이슨 구조물의 지반-구조 경계부 손상모니터링을 위한 기법으로써 진동기반 자기회귀모델을 선정하였다. 둘째, 케이슨의 유한요소해석을 통하여 지반-구조 경계부 모니터링을 위한 진동기반 자기회귀모델 기법을 수치적으로 검증하였다. 마지막으로, 모형케이슨의 진동실험을 통해 진동기반 자기회귀모델 기법의 케이슨 지반-구조 경계부 손상 모니터링의 적용성을 검증하였다. This study presents the damage monitoring method in foundation-structure interface of harbor caisson using vibration-based autoregressive (AR) model. In order to achieve the objective, the following approaches are implemented. Firstly, vibration-based AR model is selected to monitor the damage in foundation-structure interface of caisson structure. Secondly, finite element analysis on a caisson structure model is implemented to evaluate the vibration-based damage monitoring method. Finally, vibration test on a caisson structure model is performed to evaluate applicability of vibration-based AR model method for foundation-structure interface of caisson structure.

자동차 배기계 센서 구성품의 진동 안정성 해석

박현범 항공우주시스템공학회 2017 항공우주시스템공학회지 Vol.11 No.4

This work dealt with vibration stability analysis of automotive exhaust sensor. In this work, structural design and analysis of exhaust gas sensor of automobile system were performed. Firstly, structural design requirement of automobile exhaust system was investigated. After structural design, the structural analysis of the exhaust measurement sensor system were performed usig the finite element analysis method. It was performed that the vibration and thermal stress analysis at the high temperature condition. After structural test of target structure, structural test results were compared with analysis results. Through the structural analysis, it was confirmed that the designed measurement sensor structure is safety. 본 연구는 자동차 배기계 센서 구성품의 진동 안정성 해석에 관한 연구이다. 본 연구에서 자동차 시스템의 배기 가스 센서의 구조 설계 및 해석을 수행하였다. 1차적으로 자동차 배기 시스템의 구조 설계요구 조건이 분석되었다. 구조 설계 이후 유한 요소 해석 기법을 활용하여 배기계 측정 센서 시스템의구조 해석이 수행되었다. 고온 조건에서 진동 및 열응력 해석이 수행되었다. 최종 센서 시스템의 구조시험을 수행한 후 해석 결과와 비교하였다. 구조 해석을 통해 설계된 센서 구성품은 안전한 것으로 확인되었다.

바닥진동에 기인한 도시철도 실내소음 측정 및 방진설계에 관한 연구

김병삼 ( Byoung-sam Kim ) 한국환경기술학회 2013 한국환경기술학회지 Vol.14 No.4

최근 철도의 소음과 진동이 육체적, 정신적으로 건강에 큰 영향이 있으며, 매우 심각한 사회적 문제로 대두되고 있다. 따라서 철도 차량의 소음과 진동의 예측은 매우 중요한 일이 되었다. 철도차량에 의한 소음원은 크게 3가지로 구분된다. 첫 번째는 공력소음이다. 철도 주행시 철도 차량 주변에서의 공기역학적인 소음을 말한다. 두 번째는 휠/레일 소음이다. 일반적으로 전동소음이라고도 한다. 휠과 레일 사이의 접촉에 의한 소음을 말한다. 공기역학적인 소음과 전동소음은 차량의 속도에 비례하고 있으며 철도 차량 주변의 공기 변화에 의해 소음이 발생하는 공기전파음이다. 세 번째는 구조진동음이다. 구조진동음은 주로 저주파수대역에서 소음을 발생하는 것이 특징이다. 즉 철도차량의 진동에 의해 소음이 발생한다. 본 연구에서는 도시철도 차량의 바닥 진동이 도시철도 차량의 실내소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 본 연구 결과를 통해 도시철도 차량의 바닥진동이 차량의 실내소음에 미치는 영향에 관한 기초 자료를 확보할 수 있고, 도시철도 차량의 바닥진동을 저감할 수 있는 방진재의 물리적 특정치를 제시하였다. In recently, rail traffic noise and vibration have an serious effect for physical and spiritual health and has become a very serious environmental pollution. So the prediction of noise and vibration for train is very important thing. There are three sources of wayside noise by the train. The first is the aerodynamic noise. The second is wheel/rail noise. And the last is structure-borne noise. The major source of railway noise is the wheel/rail noise caused by the interaction between the wheels and rails. The structureborne noise is mainly a low frequency problem. This study attempts to surveys the characteristics of indoor noise of subway due to floor vibration. This study intends to get a basic data in establishing a indoor noise of subway due to floor vibration and proposed physical property for the anti-vibration material.

고차모드를 고려한 수중날개 와류기인 진동특성 연구

최현규,홍석윤,송지훈,장원석,최원석 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.2

Vortex-induced vibration (VIV) occurs owing to the vortex generated from the back side of the appendages of ships and submarines during operation. Recently, the importance of high-order modes (HOMs) vibration and fatigue failure has become increasingly emphasized by increasing the speed of ships and the size of structures. In addition, predicting the vibration of HOMs is significantly necessary as the VIV becomes stronger in the fast flow speed condition than in the low flow speed condition. This study introduces a methodology according to HOMs hybrid Fluid Structure Interaction (FSI) for predicting the HOMs VIV on the hydrofoils. The HOMs FSI system is verified by comparing the VIV results from the FSI simulation with the experimental results. Finally, the effectiveness of the HOMs FSI is determined by applying the maximum von-Mises stress obtained from the VIV on the hydrofoil to the S-N curve released from Det Norske Veritas (DNV). VIV results from the HOMs FSI include the lock-in characteristics as well as a significant increase of more than 10 times compared with that of low-order modes (LOMs) FSI. In the future works, advanced studies will be required for improving cantilever boundary conditions and the shape of hydrofoils. 선박, 잠수함이 추진하면 수중구조물 후류에 와류가 발생하고 이에 따른 와류기인 구조진동이 유발된다. 최근 선박, 잠수함의 고속화 및 대형화 추세에 따라 고차모드에서 유발되는 와류기인 진동 및 피로파괴에 대한 중요성이 강조되고 있다. 고속 유속환경의 와류는 저속 유속환경 대비 큰 진동을 유발하므로 이에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 수중날개 고차모드에서 유발되는 와류기인 진동을 예측하기 위한 하이브리드 유체구조연성 해석 방법론을 제시하였다. 고차모드를 고려한 하이브리드 유체구조연성 해석을 수행하여 와류기인 진동을 도출하고 실험결과와 비교함으로써 방법론을 검증하였다. 최종적으로 와류기인 진동으로부터 도출된 최대 von Mises 응력을 노르웨이 선급에서 제시한 S-N 선도에 적용함으로써 고차모드 유체구조연성 해석의 효용성을 확인하였다. 고차모드를 고려하여 와류기인 진동응답을 도출할 경우 유체구조연성에 의한 락인(Lock-in) 특성을 확인하였으며 고려하지 않은 경우 대비 진동응답과 최대 von Mises 응력에서 10배 이상의 차이를 보였다. 향후에는 외팔보 경계조건 및 형상에 대한 확장연구가 필요하다.

동적하중을 받는 구조물의 응답거동 특성에 대한 수치해석적 고찰

류창하,최병희,장형수 한국자원공학회 2013 한국자원공학회지 Vol.50 No.3

Blast-induced ground vibrations may cause an environmental impact such as damage on adjacent structures and facilities. Ground vibrations occurred in explosive demolition of structures are induced by ground impact of disintegrated mass concrete, as well as by explosive blasting. The waveform record from explosive demolition is divided distinctly into early part of blast-induced vibration and later part of impact-induced one. The two wave patterns show very different characteristics in frequency contents and duration of ground vibration, which may have different effects on adjacent structure. In this paper, several examples are investigated numerically to provide sound understandings of structural responses to the demolition-induced ground motions. Two reinforced concrete frames are analyzed by using step-by-step procedure. Their responses are summarized in terms of floor velocity envelopes. The response characteristics between high-rise and low-rise building were also investigated. It is shown that the responses are quite different depending on the structure type and on the frequencies of the ground vibration. 발파작업으로부터 발생하는 지반진동은 인접한 건물이나 시설물에 피해를 미칠 수 있다. 발파를 이용한 구조물 해체의 경우, 지반진동은 발파에 의한 진동과 파괴된 부재가 낙하하여 지반에 충격을 가함으로써 발생하는 진동으로 나타난다. 현장에서 계측된 파형은 발파에 의한 초기 진동 파형에 이어서, 파괴된 부재의 낙하 충격에 의한 진동 파형으로 구분되어 나타남을 보여준다. 두 파형은 주파수 특성과 진동 지속시간 면에서 특히 다르게 나타나며 이러한 차이로 인하여 인접한 구조물에 영향 정도가 달라질 수 있다. 본 논문은 발파해체시 발생하는 지반진동에 대한 구조물의 응답 특성을 이해하기 위해 수치해석적 방법으로 고찰하였다. 두 가지 형태의 RC 골조 모델과 고층 및 저층 건물에 대한 수치해석 결과, 구조물의 응답 특성은 구조물 형태 및 외부진동의 주파수 특성에 따라 달리 나타남을 보여주었다.