KR100778880B1

KR100778880B1 - Ｍｒ유체식 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치를이용한 이중동조질량감쇠장치 및 이를 이용한 구조물의진동제어방법

Info

Publication number: KR100778880B1
Application number: KR1020050129363A
Authority: KR
Inventors: 박관순; 하동호; 박원석; 옥승용; 김동석; 함대기; 고현무
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-11-22
Also published as: KR20070067893A

Abstract

본 발명에서는, 주구조물(1)에 장착되어 진동수를 주구조물(1)의 고유주기에 동조시켜 하중에 의한 주구조물(1)의 진동을 감소시키는 동조질량감쇠장치(10)로서, 소정 질량을 가지는 질량체(11)와, 상기 질량체(11)와 주구조물(1) 사이에 설치되어 있으며 그 강성이 변화되는 가변강성 스프링부재(12)와 소정의 감쇠계수를 가진 감쇠기(13)를 포함하며; 상기 가변강성 스프링부재(12)는, 제1스프링(12a), 제2스프링(12b) 및 강성조절장치(20)를 포함하여 구성되어 있으며; 상기 제1스프링(12a)은 주구조물(1)과 상기 강성조절장치(20) 사이에 설치되고, 상기 제2스프링(12b)은 상기 강성조절장치(20)와 상기 질량체(11) 사이에 설치되며; 주구조물(1)에 일단이 고정되어 있고 타단에는 질량체(11)가 이동하게 설치되는 샤프트(14)가 구비되어 있으며; 상기 강성조절장치(20)는 상기 샤프트(14)를 따라 이동 가능하도록 상기 샤프트(14)에 장착되어 있으며; 상기 강성조절장치(20)는 자기장이 형성되는 경우에 유체가 고화되어 이동이 고정되는 MR유체식 브레이크장치로 이루어지며; 하중의 실시간 측정, 분석에 의하여 구해지는 하중의 주파수 성분에 따라 상기 강성조절장치(20)가 이동하거나 또는 고정되어 상기 제1스프링(12a)의 신축을 제어하고, 그에 따라 가변강성 스프링부재(12)의 강성을 변화시킴으로써, 하중에 맞추어 동조질량감쇠장치의 전체 강성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 MR유체식 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치를 이용한 이중동조질량감쇠장치가 제공되며, 이러한 장치를 이용한 구조물의 진동제어방법도 제공된다.

감쇠장치, 질량체, 가변, 강성, 진동제어

Description

ＭＲ유체식 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치를 이용한 이중동조질량감쇠장치 및 이를 이용한 구조물의 진동제어방법{Dual-Stage Tuned Mass Damper Device Using MR Fluid Type Brake and Method for Structure Vibration Control}

도 1은 본 발명에 따른 동조질량감쇠장치의 일실시예가 건축 구조물로 도시된 주구조물에 설치되어 있는 형상으로 모델링하여 개념적으로 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 동조질량감쇠장치를 구체적으로 구현한 일실시예의 구성을 보여주는 개략도이다.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 동조질량감쇠장치의 강성조절장치에 구비된 MR유체식 브레이크장치의 일예를 보여주는 개략단면도인데, 도 3a는 도 2의 선A-A에 따른 개략단면도이고, 도 3b는 도 3a의 선B-B에 따른 개략단면도이다.

도 4a 및 도 4b는 각각 종래의 동조질량감쇠장치가 주구조물에 설치된 형상을 개념적으로 보여주는 개략도인데, 도 4a는 주구조물인 건물 구조물에 설치된 형상을 보여주는 것이고, 도 4b는 주구조물인 교량 구조물에 설치된 형상을 보여주는 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 주구조물 10 동조질량감쇠장치

11 질량체 12 가변강성 스프링부재

13 감쇠기 20 강성조절장치

본 발명은 MR유체식(자기유변유체식/Magnetorheological Fluid type) 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치를 이용한 이중동조질량감쇠장치 및 이를 이용한 구조물의 진동제어방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 주구조물에 설치되어 주구조물의 진동을 제어하는 동조질량감쇠장치를 구성함에 있어서, MR유체식 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치를 이용하여 동조질량감쇠장치의 강성을 변화시킴으로써 하중의 주파수 특성에 맞추어 적절한 감쇠성능을 발휘함으로써 하중에 대한 주구조물의 응답을 효율적으로 감소시킬 수 있도록 구성한 이중동조질량감쇠장치 및 이를 이용한 구조물의 진동제어방법에 관한 것이다.

구조물은 자체의 강성과 질량 특성에 따라 고유의 진동주기를 가진다. 외부에서 작용하는 지진이나 바람 등의 동적하중에 포함되어 있는 주요 주파수성분이 구조물의 고유주기와 일치하게 되면 공진이 발생하여 동적하중에 대한 응답의 진폭이 급격하게 증가하는 현상 즉, 공진현상이 발생하게 된다. 이러한 공진현상은 고속철도 교량 등에서 교량 구조물의 고유주기와 열차 바퀴 축의 간격에 의해 발생하 는 하중의 주기가 일치할 때 발생할 수 있으며, 관제탑, 고층건물과 같이 큰 고유주기 값을 가지는 구조물에 풍하중이 작용할 때 빈번하게 발생할 수 있다.

이러한 공진현상 및 그에 따른 문제의 해결책의 하나로서 사용되고 있는 종래의 동조질량감쇠장치는 외부 에너지의 공급 없이 구조물의 진동을 저감하는 장치로서, 저렴한 비용과 쉬운 유지보수를 통해 안정적 거동을 보장할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이러한 종래의 동조질량감쇠장치는 주(main)구조물의 거동에 가장 큰 영향을 미치는 고유주기에 동조질량감쇠장치의 진동수를 동조시킴으로서 주구조물의 진동을 흡수, 소산시켜 하중에 의한 주구조물의 진동을 감소시키게 된다.

도 4a 및 도 4b에는 종래의 동조질량감쇠장치(100)가 주구조물에 설치된 형상을 개념적으로 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 4a는 주구조물인 건물 구조물(110)에 설치된 형상을 보여주는 것이고, 도 4b는 주구조물인 교량 구조물(120)에 설치된 형상을 보여주는 것이다. 도면에 도시된 것처럼 일반적인 종래의 동조질량감쇠장치(100)는 진동수 동조를 위하여 필요한 질량체(mass)(101), 소정의 강성을 가진 스프링부재(spring)(102), 및 점성댐퍼(viscous damper) 등과 같이 소정의 감쇠계수를 가지고 있어 감쇠력을 발휘하는 감쇠기(103)를 포함하여 구성되며, 건물 구조물, 교량 구조물 등의 주구조물에 장착되어 감쇠성능을 발휘하게 된다.

이와 같은 종래의 동조질량감쇠장치(100)의 경우, 구조물의 진동에 가장 큰 영향을 미치는 1차 모드 고유진동수에 동조되도록 설정할 수 있는 질량체(101)의 질량, 스프링부재(102)의 강성, 및 감쇠기(103)의 감쇠계수 등을 설계변수로 가지 고 있다. 그런데 복잡한 형태의 구조물일수록 1차 모드뿐만 아니라 2차 모드 이상의 고차 모드의 영향이 커지게 되며, 이와 같은 주파수 특성을 가지는 하중이 발생할 때에는 종래의 동조질량감쇠장치를 사용하더라도 큰 폭의 진동이 일어나게 되는 현상을 피할 수 없게 되는 문제점이 있다.

종래의 동조질량감쇠장치(100)에서는 위와 같이 질량, 강성, 감쇠계수 등의 설계변수가 주구조물의 1차 모드에 동조되도록 고정되어 있어, 주구조물의 2차 모드와 일치하는 주파수 성분의 하중이 작용할 경우에는 주구조물에 대한 진동저감효과를 발휘할 수 없게 되기 때문에 위와 같은 문제점이 발생하게 되는 것이다.

본 발명은 위와 같은 종래의 동조질량감쇠장치가 가지는 문제점과 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명은 구조물에 작용하는 하중의 주요 주파수 성분에 따라 동조질량감쇠장치에 구비된 스프링부재의 강성을 조절할 수 있는 강성조절장치를 설치하여, 실시간으로 측정, 분석된 하중의 주요 주파수 성분에 대한 데이터에 따라 강성조절장치를 제어하여 스프링부재의 강성을 변화시킴으로써, 동조질량감쇠장치가 하중의 특성에 따라 효율적인 응답 감쇠효과를 발휘할 수 있도록 만드는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서는 위와 같이 개선된 구조와 성능을 가지는 동조질량감쇠장치를 이용하여 구조물의 진동을 효율적으로 감쇠할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 주구조물에 장착되어 진동수를 주구조물의 고유주기에 동조시켜 하중에 의한 주구조물의 진동을 감소시키는 동조질량감쇠장치로서, 소정 질량을 가지는 질량체와, 상기 질량체와 주구조물 사이에 설치되어 있으며 그 강성이 변화되는 가변강성 스프링부재와 소정의 감쇠계수를 가진 감쇠기를 포함하며; 상기 가변강성 스프링부재는, 제1스프링, 제2스프링 및 강성조절장치를 포함하여 구성되어 있으며; 상기 제1스프링은 주구조물과 상기 강성조절장치 사이에 설치되고, 상기 제2스프링은 상기 강성조절장치와 상기 질량체 사이에 설치되며; 주구조물에 일단이 고정되어 있고 타단에는 질량체가 이동하게 설치되는 샤프트가 구비되어 있으며; 상기 강성조절장치는 상기 샤프트를 따라 이동 가능하도록 상기 샤프트에 장착되어 있으며; 상기 강성조절장치는 자기장이 형성되는 경우에 유체가 고화되어 이동이 고정되는 MR유체식 브레이크장치로 이루어지며; 하중의 실시간 측정, 분석에 의하여 구해지는 하중의 주파수 성분에 따라 상기 강성조절장치가 이동되거나 또는 고정되어 상기 제1스프링의 신축을 제어하고, 그에 따라 가변강성 스프링부재의 강성을 변화시킴으로써, 하중에 맞추어 동조질량감쇠장치의 전체 강성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 MR유체식 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치를 이용한 이중동조질량감쇠장치가 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 MR유체식 브레이크로 이루어진 강성조절장치는, 샤프트가 중앙을 관통하여 지나가는 실린더형 본체와, 상기 본체의 벽체 내에 구비된 코일과, 상기 본체의 내부 공간에는 채워진 MR유체와, 상기 본체 내부에서 샤프트가 다른 부분보다 더 큰 직영이 되도록 상기 샤프트에 설치되는 피스톤을 구비하여 구성되며; 상기 강성조절장치는 작동금지신호가 발해지는 경우에는 상기 MR유체가 유동할 수 있는 상태를 유지하여 상기 본체가 피스톤에 대하여 자유롭게 움직여서 상기 제1스프링의 신축이 자유롭게 일어나도록 하며, 강성조절장치의 작동신호가 발해지는 경우에는 상기 본체의 벽체 내에 있는 코일에 전류가 흘러 상기 본체 내의 MR유체가 고체로 변하게 됨으로써 본체 내에서의 피스톤의 위치가 고정되어 본체가 피스톤에 대하여 움직일 수 없게 되어 제1스프링의 신축이 일어나지 않도록 구성될 수 있다.

본 발명에서는 상기한 가변강성 동조질량감쇠장치의 구체적인 실시예로서, 상기 제1스프링 및 제2스프링은 그 일단이 각각 상기 강성조절장치와 연결되어 상기 샤프트를 둘러싸는 형태로 설치되거나 또는 상기 샤프트의 외측에서 상기 샤프트와 나란하게 설치되는 것을 특징으로 하는 동조질량감쇠장치가 제공된다.

또한 본 발명에서는 위와 같은 동조질량감쇠장치를 이용하여 주구조물의 진동을 감쇠시키는 구조물의 진동제어방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 따른 동조질량감쇠장치의 일실시예를 도시한 첨부도면을 참조하여 본 발명의 장치 및 방법을 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 동조질량감쇠장치(10)의 일실시예가 건축 구조물로 도시된 주구조물(1)에 설치되어 있는 형상이 모델링되어 개략적으로 도시되어 있 다. 도 1에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 동조질량감쇠장치(10)는, 소정 질량을 가지는 질량체(11)와, 상기 질량체(11)와 주구조물(1) 사이에 설치되어 있으며 그 강성이 변화되는 가변강성 스프링부재(12)와, 소정의 감쇠계수를 가진 감쇠기(13)를 포함하여 구성된다. 상기 질량체(11)와 감쇠기(13) 자체의 구성, 그리고 질량체(11)와 후술하는 제2스프링(12b)을 어떻게 연결할 것인지는 구성은 공지의 것을 이용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 있어서, 상기 가변강성 스프링부재(12)는, 제1스프링(12a), 제2스프링(12b) 및 강성조절장치(20)를 포함하여 구성되어 있는데, 상기 제1스프링(12a)은 주구조물(1)과 상기 강성조절장치(20) 사이에 설치되며 상기 제2스프링(12b)은 상기 강성조절장치(20)와 상기 질량체(11) 사이에 설치된다. 상기 강성조절장치(20)는 하중의 실시간 측정, 분석에 의하여 구해지는 하중의 주요 주파수 성분에 따라 작동되어 상기 제1스프링(12a)의 신축을 제어함으로써, 상기 가변강성 스프링부재(12)의 전체 강성을 변화시키게 된다.

구체적으로, 상기 강성조절장치(20)는, 센서(22)에 의하여 실시간으로 측정된 하중의 가속도에 근거하여 컴퓨터 등의 제어기(21)로부터 발해지는 작동신호에 따라 작동하여 상기 제1스프링(12a)의 신축을 제한하게 된다. 구체적인 작동과정을 살펴보면, 센서(22)는 외부에서 주구조물(1)에 가해지는 하중의 가속도를 측정하고, 그 측정 데이터를 컴퓨터 등의 제어기(21)로 전송한다. 상기 제어기(21)를 이용하여 센서(22)로부터의 측정 데이터를 실시간으로 분석하고, 그 결과에 따라 강성조절장치(20)의 작동여부를 결정하여 상기 제어기(21)를 통하여 강성조절장치 (20)의 작동신호가 발해지도록 한다. 여기서, 측정 데이터의 분석 및 강성조절장치(20)의 작동신호 발생은 컴퓨터 내부에서 구동되는 프로그램에 의하여 자동적으로 실행될 수 있다.

만일 분석 결과, 센서 만일 외부에서 작용하는 하중의 주파수 성분이 주구조물(1)의 1차 모드 고유진동수와 유사할 경우 즉, 강성의 변화가 필요하지 않는 경우에는 강성조절장치(20)를 작동시키지 않는다. 강성조절장치(20)가 작동되지 아니하게 되면, 강성조절장치(20)는 제1스프링(12a)의 신축에 영향을 주지 않게 되므로, 제1스프링(12a)은 원래의 강성을 유지하게 된다. 따라서 가변강성 스프링부재(12)는 마치 강성조절장치(20) 없이 제1스프링(12a)과 제2스프링(12b)만으로 이루어진 것처럼 작동하게 되고, 결국 동조질량감쇠장치(10)는 통상의 동조질량감쇠장치와 같이 동작하여 감쇠성능을 발휘하게 된다.

그러나 제어기(21)에 의하여 하중의 주파수 특성을 분석한 결과, 예를 들어 주구조물(1)의 2차 모드와 일치하는 주파수 성분의 하중이 작용할 경우처럼, 더 높은 진동수 대역으로 동조질량감쇠장치(10)를 동조시키는 것이 유리하다고 판단될 경우에는 상기 제어기(21)를 통하여 강성조절장치(20)의 작동신호를 발하게 되고, 그에 따라 강성조절장치(20)가 작동되어 제1스프링(12a)의 신축을 제어한다. 즉, 강성조절장치(20)의 작동에 의하여 제1스프링(12a)이 신축되지 못하고 완전히 고정되면, 가변강성 스프링부재(12)는 단지 제2스프링(12b)에 의한 강성만을 갖게 되어 전체 동조질량감쇠장치(10)의 동조 진동수가 하중에 맞추어 변화되고, 따라서 동조질량감쇠장치(10)가 하중의 특성에 따라 효율적인 응답 감쇠효과를 발휘하게 된다.

도 2에는 본 발명에 따른 동조질량감쇠장치(10)를 구체적으로 구현한 일실시예의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 도 2에서 감쇠기(13) 자체, 그리고 감쇠기(13)와 질량체(11)의 연결구성은 공지기술이므로 개념적으로 간략화되어 도시되어 있다.

도 2에 도시된 실시예에서, 동조질량감쇠장치(10)에는, 주구조물(1)에 일단이 고정되어 있고 타단에는 질량체(11)가 이동하게 설치되는 샤프트(14)가 구비되어 있다. 상기 가변강성 스프링부재(12)의 상기 강성조절장치(20)는 상기 샤프트(14)를 따라 이동 가능하도록 상기 샤프트(14)에 장착되어 있고, 제1스프링(12a) 및 제2스프링(12b)은 도면에 도시된 실시예와 같이 각각 강성조절장치(20)와 연결되어 상기 샤프트(14)를 둘러싸는 형태로 설치된다. 도면에는 도시되지 아니하였지만, 상기 제1스프링(12a) 및 제2스프링(12b)을 상기 샤프트(14) 외측에서 상기 샤프트(14)와 나란하게 배치할 수도 있다. 본 발명에 있어서, 상기 강성조절장치(20)는 MR유체식 브레이크장치로 구성된다. 상기 MR유체식 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치(20)는 제어기(21)의 신호에 따라 작동되어 샤프트(14) 상에서의 그 이동이 제한된다.

앞서 살펴본 것처럼, 강성조절장치(20)가 작동되지 아니하게 되면, 강성조절장치(20)는 샤프트(14)를 따라 자유롭게 움직이게 되고, 그에 따라 제1스프링(12a)과 제2스프링(12b)은 마치 강성조절장치(20)가 없는 경우처럼 자유롭게 신축하게 된다. 그런데 제어기(21)로부터의 작동신호가 발해지면 강성조절장치(20)가 작동하게 되어 강성조절장치(20)가 샤프트(14)를 따라 움직이는 것이 제한된다. 만일 신호에 의하여 강성조절장치(20)가 샤프트(14) 위에서 고정되어 더 이상 움직이지 않게 되면, 그에 따라 제1스프링(12a)도 더 이상 신축하지 않게 되며, 단지 제2스프링(12b)만이 신축하게 된다. 결과적으로 전체 동조질량감쇠장치(10)의 강성이 변화하게 된다. 도 2에 도시된 실시예에서 상기 질량체(11)가 가드레일(15) 위에서 미끄러져 움직이는 것으로 도시하였으나, 질량체(11)가 이동하는 구성은 이에 한정되지 아니하며 공지의 구성을 이용하여 다양하게 변화시킬 수 있다.

도 3a 및 도 3b에는 MR유체식 브레이크장치로 이루어진 상기 강성조절장치(20)의 일예를 보여주는 개략단면도가 도시되어 있는데, 도 3a는 도 2의 선A-A에 따른 개략단면도이고, 도 3b는 도 3a의 선B-B에 따른 개략단면도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 것처럼, MR유체식 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치(20)에는, 샤프트(14)가 중앙을 관통하여 지나가는 실린더형 본체(23)가 구비되어 있는데, 상기 본체(23)의 벽체 내에는 코일(24)이 감겨져 있다. 도 3b에서는 편의상 코일(24)을 노출된 형태로 도시하였다. 상기 본체(23)의 내부 공간에는 MR유체(25)가 채워져 있으며, 상기 본체(23) 내부에서 상기 샤프트(14)에는 샤프트(14)의 다른 부분보다 그 직경이 더 커지도록 피스톤(26)이 설치되어 있다.

강성조절장치(20)가 작동하지 않을 때에는, 상기 MR유체(25)가 유동할 수 있는 상태를 유지하므로 본체(23)가 상기 피스톤(26)에 대하여 자유롭게 움직일 수 있고, 그에 따라 진동에 따라 질량체(11)가 움직일 때 강성조절장치(20)가 샤프트(14) 상에서 질량체(11)의 진동방향으로 자유롭게 이동할 수 있게 된다. 따라서 제1스프링(12a) 및 제2스프링(12b)도 자유롭게 신축된다.

그러나 강성조절장치(20)의 작동신호가 발해지는 경우에는, 상기 본체(23)의 벽체 내에 있는 코일(24)에 전류가 흐르게 되고, 그에 따라 본체(23) 내의 MR유체(25)가 고체로 변하게 된다. 따라서 본체(23) 내에서의 피스톤(26)의 위치가 고정되고, 본체(23)는 피스톤(26)에 대하여 움직일 수 없게 된다. 즉, 강성조절장치(20)가 샤프트(14) 상에서 더 이상 움직이지 않게 되는 것이다. 따라서 앞서 살펴본 것처럼, 제1스프링(12a)은 작용을 하지 못하게 되고, 단지 제2스프링(12b)의 강성만이 작용하게 된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예와 같은 구성에 의하면 강성조절장치(20)를 간단하고 저렴하게 완성할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 위와 같은 동조질량감쇠장치(10)를 설치함에 있어서, 전체 구조물의 주요 위치에 다수개의 동조질량감쇠장치(10)를 설치하고, 하중에 맞추어 각각의 동조질량감쇠장치(10)에 구비된 강성조절장치(20)의 작동을 제어함으로써 전체 구조물의 진동을 효과적으로 제어할 수 있다.

종래의 동조질량감쇠장치(100)는 강성이 고정되어 있으므로, 주구조물의 2차 모드와 일치하는 주파수 성분의 하중이 작용할 경우에는 구조물의 응답이 증가하는 현상을 피할 수 없으며, 결국 주구조물의 진동 흡수, 소산 효과가 저하되며 공진형상을 막을 수 없게 되는 문제가 발생하게 되는 문제가 있었다.

이에 비하여 본 발명의 동조질량감쇠장치(10)에서는 구조물에 작용하는 하중의 주요 주파수 성분에 따라 동조질량감쇠장치(10)에 구비된 스프링부재의 강성을 조절할 수 있는 강성조절장치(20)가 구비되어 있다. 따라서 실시간으로 측정, 분석된 하중의 주요 주파수 성분에 대한 데이터에 따라 강성조절장치(20)를 제어하여 스프링부재의 강성을 변화시킬 수 있으며, 그에 따라 동조질량감쇠장치(10)가 하중의 특성에 따라 효율적인 응답 감쇠효과를 발휘할 수 있게 된다. 즉, 동조질량감쇠장치(10)의 강성을 강성조절장치(20)에 의하여 하중 특성에 따라 능동적으로 변화시킴으로써, 이를 통해 더 높은 진동수 대역으로 동조질량감쇠장치(10)를 동조시켜 효율적으로 주구조물의 응답을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상에 따라 자유로운 변형이 가능하다.

이상에서는 주로 본 발명의 장치가 토목 및 건축 구조물에 설치되는 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 장치가 적용되는 구조물에는 토목 및 건축 구조물뿐만 아니라, 기타 일반 기계장치도 포함된다.

Claims

주구조물(1)에 장착되어 진동수를 주구조물(1)의 고유주기에 동조시켜 하중에 의한 주구조물(1)의 진동을 감소시키는 동조질량감쇠장치(10)로서,

소정 질량을 가지는 질량체(11)와, 상기 질량체(11)와 주구조물(1) 사이에 설치되어 있으며 그 강성이 변화되는 가변강성 스프링부재(12)와 소정의 감쇠계수를 가진 감쇠기(13)를 포함하며;

상기 가변강성 스프링부재(12)는, 제1스프링(12a), 제2스프링(12b) 및 강성조절장치(20)를 포함하여 구성되어 있으며;

상기 제1스프링(12a)은 주구조물(1)과 상기 강성조절장치(20) 사이에 설치되고, 상기 제2스프링(12b)은 상기 강성조절장치(20)와 상기 질량체(11) 사이에 설치되며;

주구조물(1)에 일단이 고정되어 있고 타단에는 질량체(11)가 이동하게 설치되는 샤프트(14)가 구비되어 있으며;

상기 강성조절장치(20)는 자기장이 형성되는 경우에 유체가 고화되어 이동이 고정되는 MR유체식 브레이크장치로 이루어지며;

하중의 실시간 측정, 분석에 의하여 구해지는 하중의 주파수 성분에 따라 상기 강성조절장치(20)가 이동되거나 고정되어 상기 제1스프링(12a)의 신축을 제어하고, 그에 따라 가변강성 스프링부재(12)의 강성을 변화시킴으로써, 하중에 맞추어 동조질량감쇠장치의 전체 강성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 MR유체식 브레이 크장치로 이루어진 강성조절장치를 이용한 이중동조질량감쇠장치.
제1항에 있어서,

상기 MR유체식 브레이크로 이루어진 강성조절장치(20)는, 샤프트(14)가 중앙을 관통하여 지나가는 실린더형 본체(23)와, 상기 본체(23)의 벽체 내에 구비된 코일(24)과, 상기 본체(23)의 내부 공간에는 채워진 MR유체(25)와, 상기 본체(23) 내부에서 샤프트(14)가 다른 부분보다 더 큰 직경이 되도록 상기 샤프트(14)에 설치되는 피스톤(26)을 구비하여 구성되며;

상기 강성조절장치(20)는 작동금지신호가 발해지는 경우에는 상기 MR유체(25)가 유동할 수 있는 상태를 유지하여 상기 본체(23)가 피스톤(26)에 대하여 자유롭게 움직여서 상기 제1스프링(12a)의 신축이 자유롭게 일어나도록 하며, 강성조절장치(20)의 작동신호가 발해지는 경우에는 상기 코일(24)에 전류가 흘러 상기 본체(23) 내의 MR유체(25)가 고체로 변하게 됨으로써 본체(23) 내에서의 피스톤(26)의 위치가 고정되어 본체(23)가 피스톤(26)에 대하여 움직일 수 없게 되어 제1스프링(12a)은 신축이 일어나지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 MR유체식 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치를 이용한 이중동조질량감쇠장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1스프링(12a) 및 제2스프링(12b)은 그 일단이 각각 상기 강성조절장치(20)와 연결되어 상기 샤프트(14)를 둘러싸는 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 MR유체식 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치를 이용한 이중동조질량감쇠장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1스프링(12a) 및 제2스프링(12b)은 그 일단이 각각 상기 강성조절장치(20)와 연결되어 상기 샤프트(14)의 외측에 상기 샤프트(14)와 나란하게 설치되는 것을 특징으로 하는 MR유체식 브레이크장치로 이루어진 강성조절장치를 이용한 이중동조질량감쇠장치.
진동수를 주구조물(1)의 고유주기에 동조시켜 하중에 의한 주구조물(1)의 진동을 흡수 및 소산시키는 동조질량감쇠장치를 주구조물(1)에 장착하여 하중에 의한 주구조물의 진동을 감쇠시키는 구조물의 진동제어방법으로서,

상기 동조질량감쇠장치는, 소정 질량을 가지는 질량체(11)와, 상기 질량체(11)와 주구조물(1) 사이에 설치되어 있으며 그 강성이 변화되는 가변강성 스프링부재(12)와 소정의 감쇠계수를 가진 감쇠기(13)를 포함하며; 상기 가변강성 스프링부재(12)는, 제1스프링(12a), 제2스프링(12b) 및 강성조절장치(20)를 포함하여 구 성되어 있으며; 상기 제1스프링(12a)은 주구조물(1)과 상기 강성조절장치(20) 사이에 설치되고, 상기 제2스프링(12b)은 상기 강성조절장치(20)와 상기 질량체(11) 사이에 설치되고, 주구조물(1)에 일단이 고정되어 있고 타단에는 질량체(11)가 이동하게 설치되는 샤프트(14)가 구비되어 있으며, 상기 강성조절장치(20)는 상기 샤프트(14)를 따라 이동 가능하도록 상기 샤프트(14)에 장착되어 있으며; 자기장이 형성되는 경우에 유체가 고화되어 이동이 고정되는 MR유체식 브레이크장치로 이루어지며; 하중의 실시간 측정, 분석에 의하여 구해지는 하중의 주파수 성분에 따라 상기 강성조절장치(20)가 이동하거나 또는 고정되어 상기 제1스프링(12a)의 신축을 제어하고, 그에 따라 가변강성 스프링부재(12)의 강성을 변화시킴으로써, 하중에 맞추어 동조질량감쇠장치의 전체 강성을 변화시키는 동조질량감쇠장치(10)이며;

외부에서 주구조물(1)에 가해지는 하중의 가속도를 센서(22)에 의하여 측정하는 단계;

센서(22)에 의하여 측정된 데이터를 제어기(21)로 전송하는 단계;

상기 제어기(21)를 통하여 센서(22)의 측정 데이터를 실시간으로 분석하여, 더 높은 진동수 대역으로 동조질량감쇠장치(10)를 동조시키는 것이 필요한지의 여부를 결정하는 단계; 및

강성조절장치(20)의 작동 작동이 필요한 경우, 작동신호를 발하여 상기 강성조절장치(20)를 작동시켜 제1스프링(12a)의 신축을 제어하는 단계를 포함으로써,

하중의 실시간 측정, 분석에 의하여 구해지는 하중의 주파수 성분에 따라 상기 동조질량감쇠장치(10)의 강성을 변화시켜 주구조물의 진동을 감소시키는 것을 특징으로 하는 동조질량감쇠장치(10)를 이용한 구조물의 진동제어방법.
제5항에 있어서,

상기 MR유체식 브레이크로 이루어진 강성조절장치(20)는, 샤프트(14)가 중앙을 관통하여 지나가는 실린더형 본체(23)와, 상기 본체(23)의 벽체 내에 구비된 코일(24)과, 상기 본체(23)의 내부 공간에는 채워진 MR유체(25)와, 상기 본체(23) 내부에서 샤프트(14)가 다른 부분보다 더 큰 직경이 되도록 상기 샤프트(14)에 설치되는 피스톤(26)을 구비하여 구성되며;

상기 강성조절장치(20)는 작동금지신호가 발해지는 경우에는 상기 MR유체(25)가 유동할 수 있는 상태를 유지하여 상기 본체(23)가 피스톤(26)에 대하여 자유롭게 움직여서 상기 제1스프링(12a)의 신축이 자유롭게 일어나도록 하며, 강성조절장치(20)의 작동신호가 발해지는 경우에는 상기 코일(24)에 전류가 흘러 상기 본체(23) 내의 MR유체(25)가 고체로 변하게 됨으로써 본체(23) 내에서의 피스톤(26)의 위치가 고정되어 본체(23)가 피스톤(26)에 대하여 움직일 수 없게 되어 제1스프링(12a)dml 신축이 일어나지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동조질량감쇠장치(10)를 이용한 구조물의 진동제어방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 동조질량감쇠장치(10)에서 상기 제1스프링(12a) 및 제2스프링(12b)은 그 일단이 각각 상기 강성조절장치(20)와 연결되어 상기 샤프트(14)를 둘러싸는 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 동조질량감쇠장치(10)를 이용한 구조물의 진동제어방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 동조질량감쇠장치(10)에서 상기 제1스프링(12a) 및 제2스프링(12b)은 그 일단이 각각 상기 강성조절장치(20)와 연결되어 상기 샤프트(14)의 외측에 상기 샤프트(14)와 나란하게 설치되는 것을 특징으로 하는 동조질량감쇠장치(10)를 이용한 구조물의 진동제어방법.