KR101049658B1 - 지그재그 트러스 구조체와 이를 포함하는 샌드위치 판재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지그재그 트러스 구조체 및 샌드위치 판재에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 종래의 지그재그 트러스 또는 이를 조합한 형태의 트러스를 다양한 구조로 배치함으로써 탄성좌굴의 위험을 감소시키는 것은 물론, 소성좌굴이 발생한 경우에도 급속한 강도의 저하를 방지할 수 있도록 한 개량된 지그재그 트러스 구조체와, 이 지그재그 트러스 구조체를 중간재로 사용하여 보다 큰 하중을 지지할 수 있도록 한 샌드위치 판재에 관한 것이다.

지그재그 트러스 구조체, 와이어, 샌드위치 판재

Description

지그재그 트러스 구조체와 이를 포함하는 샌드위치 판재{A ZIGZAG TRUSS STRUCTURE AND A SANDWICH PANEL INCLUDING THEREOF}

본 발명은 좌굴에 대한 안정성이 향상된 지그재그 트러스 구조체 및 이를 중간재로 사용한 샌드위치 판재에 관한 것이다.

종래에는 샌드위치 판재의 중간재로서 피라미드 트러스 구조체가 사용되었다. 도 1은 피라미드 트러스 구조체를 중간재로 사용한 샌드위치 판재의 구조를 도시하기 위한 도면이다. 도 1을 참고하면, 피라미드 트러스 구조체는 4개의 정삼각형 격자가 하나의 꼭지점을 중심으로 경사면을 이루고 1개의 정사각형 격자가 밑면을 이루고 있어 사각형 형태의 판구조물 제작에 유리하다.

그러나 피라미드 트러스 구조체는 단위 구조의 배열간격을 조절할 수 없고, 제조방법에 따라서는 와이어 사이의 간섭을 피할 수 없다는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 보완하여 배열간격을 자유롭게 조절하고, 와이어의 간섭을 배제할 수 있도록 한 것이 지그재그(Zigzag) 트러스 구조체이다.

이 경우, 지그재그 트러스는, 도 1에 도시된 바와 같이, 피라미드 트러스를 이루는 구성 요소들의 배치 방법을 다르게 하여 만들어지는 트러스들 중 하나임을 알 수 있다. 종래의 지그재그 트러스 구조체에 대한 상세한 내용은 본 출원인이 선출원하여 등록받은 특허 제767186호에 개시되어 있으므로, 아래에서는 그 기본구조에 대해서만 설명하도록 한다.

도 2는 지그재그 트러스를 도시하기 위한 도면, 도 3은 지그재그 트러스의 평면도, 정면도, 측면도를 도시하기 위한 도면, 도 4는 지그재그 트러스의 단위 구조와 피라미드 트러스의 단위 구조를 비교하기 위한 도면, 도 5는 지그재그 트러스의 배열간격을 다양하게 조절한 예를 도시하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 지그재그 트러스는 두 개의 삼각파(triangular wave) 형태가 서로 수직하게 연결된 단위 구조를 가지며, 이와 같은 단위 구조가 다수 연결되어 평면상에 일정한 간격으로 배열됨으로써 트러스를 이룬다.

구체적으로, 지그재그 트러스를 이루는 단위 구조는, 도 4의 좌측에 도시된 바와 같이, 두 마디의 트러스 요소로 구성된 삼각형 구조가 대칭선을 기준으로 지그재그 형태로 이루어진 구조이다. 여기서, 하나의 삼각형 구조를 평행 이동하여 다른 삼각형 구조에 중첩시키면 도 4의 우측에 도시된 바와 같은 피라미드 트러스의 단위 구조를 얻을 수 있다. 따라서 지그재그 트러스는 피라미드 트러스를 이용하는 것과 동일한 효과를 나타낸다.

또한, 트러스의 배열간격을 조절함으로써 요구되는 기계적 성능을 얻는 것도 가능하다. 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 지그재그 트러스의 배열간격을 절반으로 조절하면 이론적으로 피라미드 트러스와 동일한 밀도, 강도, 및 강성을 얻을 수 있다.

상기와 같은 지그재그 트러스 구조체를 샌드위치 판재의 중간재로 사용하면, 상면판 또는 하면판에서 지그재그 트러스와의 접합점 들 사이의 간격이 피라미드 트러스의 경우보다 감소될 수 있으므로 굽힘 하중에 대한 면판의 좌굴강도가 높아진다.

이상과 같은 장점에도 불구하고, 종래의 지그재그 트러스 구조체는 샌드위치 판재의 중간재로서 적합하지 못한 문제점들이 있었다.

구체적으로, 고강도를 얻기 위하여 샌드위치 판재의 중간재를 두껍게 설계하면 단층으로 구성된 지그재그 트러스 구조체의 트러스 요소가 길어질 수밖에 없고, 이에 따라 탄성좌굴의 위험이 높아지는 것은 물론, 소성좌굴이 발생하는 경우에도 좌굴 후 강도가 급격히 감소하게 된다. 또한, 지그재그 트러스의 배열 방법에 따라서는 상면판 또는 하면판에서 지그재그 트러스와의 접합점 들 사이의 간격 감소로 인하여 면판의 좌굴강도를 향상시킨다는 지그재그 트러스 구조체 특유의 효과를 실현할 수 없는 경우도 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 좌굴에 대한 안정성이 향상된 지그재그 트러스 구조체와 이 지그재그 트러스 구조체를 중간재로 사용하여 보다 큰 하중을 지지할 수 있도록 한 샌드위치 판재에 관한 것이다.

본 발명에 따른 지그재그 트러스 구조체와 이를 포함하는 샌드위치 판재의 요지는 다음과 같다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

(4) 동일 평면에 존재하며 서로 수직인 x축, z축과, 이 면에 수직인 y축으로 표현되는 공간상에서, z축에 수직인 면에 투사하였을 때 삼각파 형태를 가지고, y축에 수직인 면에 투사하였을 때 상기 삼각파를 이루는 변 2마디마다 방향이 번갈아 바뀌는 삼각파 형태를 가지도록 절곡 성형된 제1 와이어와; 상기 제1 와이어와 동일한 형태로 절곡 성형되되, 상기 제1 와이어에 뒤집어진 형태로 위치하도록 z축을 중심으로 회전되어 x-z 평면 위에 상기 제1 와이어와 평행하게 배치되는 제2 와이어;가 서로 밀착되어 접합된 단위 구조체가 다수 마련되어 x-z 평면 위에 z축 방향으로 일정한 간격을 유지하면서 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 지그재그 트러스 구조체.

(5) 상기 다수의 단위 구조체 중 적어도 하나 이상은 x축 방향으로 일정 거리만큼 평행 이동된 것을 특징으로 하는 상기 (4) 기재의 지그재그 트러스 구조체.

(6) 상기 (4) 또는 (5) 기재에 따른 지그재그 트러스 구조체로 이루어진 중간재의 상부와 하부에 상면판 및 하면판이 각각 접합된 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재.

(7) 상기 중간재 사이에 형성되는 빈 공간에는 충전재가 충전되는 것을 특징으로 하는 상기 (6) 기재의 샌드위치 판재.

(8) 상기 충전재는 금속, 세라믹, 합성수지 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 (7) 기재의 샌드위치 판재.

본 발명에 따르면 지그재그 트러스를 다양한 형태로 배치 또는 접합한 지그재그 트러스 구조체가 제공되어 탄성좌굴의 위험을 감소시키고, 소성좌굴이 발생한 경우에도 급속한 강도의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 지그재그 트러스를 접합한 형태의 구조체를 샌드위치 판재의 중간재로 사용하여 면판과의 접합점 사이의 간격을 감소시킴으로써 면판 좌굴 강도의 증가 효과를 확보할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 지그재그 트러스 구조체와 이를 포함하는 샌드위치 판재의 바람직한 실시 예에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 6은 종래의 지그재그 트러스 구조체의 사시도와 평면도, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 지그재그 트러스 구조체의 사시도와 평면도, 도 8 및 도 9는 도 7의 다른 실시 예를 도시하기 위한 도면이다. 도면에서는 절곡부가 향하는 방향을 구별하기 위하여 다른 색의 점을 사용하였으며, 이하 도면에서도 동일한 방식으로 도시하였다.

도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 지그재그 트러스 구조체를 이루는 제1 와이어(3)는 모두 동일한 방향으로 평행하게 배치된다. 본 발명의 실시 예에 따른 지그재그 트러스 구조체는 상기와 같이 배치된 제1 와이어(3)의 일부가 방향을 바꾸어 배치된 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게는, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 지그재그 트러스 구조체는 제1 와이어(3)와 제1 와이어(3)의 일부가 z축을 중심으로 180도 회전된 제2 와이어(4)로 구성된다.

이 경우, 균일한 강도를 얻기 위하여 제1 와이어(3)와 제2 와이어(4)는 동일한 간격을 유지하면서 교대로 배열될 수 있다. 또한, 요구되는 강도에 따라서는 도 8에 도시된 바와 같이 제1 와이어(3)와 제2 와이어(4) 사이의 간격을 조절하거나, 도 9에 도시된 바와 같이 제2 와이어(4)를 x축 방향으로 평행 이동시키는 것도 가능하다. 여기서, 제2 와이어(4)를 x축 방향으로 평행 이동시킬 때에는 좌굴에 대한 저항성을 고려하여 일정한 규칙성을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지그재그 트러스 구조체의 사시도와 평면도이다.

도 10을 참고하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지그재그 트러스 구조체는 제1 와이어(3)와 제2 와이어(4)가 밀착되어 접합된 단위 구조체를 다수 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 서로 평행하게 배열된 제1 와이어(3)의 삼각파 구조와 제2 와이어(4)의 삼각파 구조를 서로 밀착하여 접합시킴으로써 좌굴에 대해 보다 안정적인 지그재그 트러스 구조체를 형성할 수 있다.

여기서, 단위 구조체를 배치할 때에는 필요한 강도를 고려하여 다수의 단위 구조체 중 일부를 x축 방향으로 평행 이동시키는 것도 가능하다. 이 경우, 균일한 강도를 얻기 위해서는 원위치의 단위 구조체와 평행 이동된 단위 구조체를 교대로 배치하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 두 종류의 와이어를 접합하여 지그재그 트러스 구조체를 구성하면 트러스 요소의 길이가 절반으로 감소됨으로써 탄성좌굴의 위험이 적어지고, 소성좌굴이 발생한 경우에도 급격한 강도의 저하를 방지할 수 있다.

아래에서는 본 발명의 실시를 위하여 참고적으로 지그재그 트러스의 제조방법을 간략하게 설명한다.

도 11은 지그재그 트러스를 제조하는 방법을 도시하기 위한 도면이다.

도 11을 참고하면, 먼저 와이어(1)를 한 평면상(in-plane)에서 삼각파 형태로 1차 절곡한 후, 절곡된 와이어(1)를 수평면에 눕혀 2차로 절곡함으로써 지그재 그 트러스를 얻을 수 있다. 여기서, 상기 2차 절곡 공정은, 절곡 간격을 1차 절곡된 와이어(1)의 두 마디와 같게 하고, 프레스(2)를 이용하여 면외(out-of-plane) 방향의 순방향과 역방향으로 반복적으로 압착함으로써 지그재그 형태를 형성할 수 있다.

이상으로 본 발명에 따른 지그재그 트러스 구조체의 바람직한 실시 예를 설명하였다. 계속하여, 본 발명에 따른 샌드위치 판재의 바람직한 실시 예를 설명한다.

본 발명에 따르면 전술한 지그재그 트러스 구조체를 샌드위치 판재의 중간재로 사용하여 좌굴 저항성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 상면판과 하면판 사이에 본 발명에 따른 지그재그 트러스 구조체를 삽입한 후 서로 접합함으로써 본 발명에 따른 샌드위치 판재를 얻을 수 있다.

여기서, 중간재로 사용된 지그재그 트러스 구조체의 빈 공간에는 금속, 세라믹, 합성수지 등과 같은 충전재가 충전됨으로써 판재의 단열성을 향상시키거나 소음, 진동을 차단할 수 있다.

또한, 상기와 같이 충전된 충전재와 상면판 및 하면판을 접합시킬 경우에는 충전재의 소재 또는 용도에 따라 브레이징, 수지접합, 납땜, 용접 등의 방법을 사용할 수 있다.

이상으로 본 발명에 따른 지그재그 트러스 구조체와 이를 포함하는 샌드위치 판재의 바람직한 실시 예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 범위가 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 사항으로부터 파악될 수 있는 모든 변형예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 피라미드 트러스 구조체를 중간재로 사용한 샌드위치 판재의 구조를 도시하기 위한 도면,

도 2는 지그재그 트러스를 도시하기 위한 도면,

도 3은 지그재그 트러스의 평면도, 정면도, 측면도를 도시하기 위한 도면,

도 4는 지그재그 트러스의 단위 구조와 피라미드 트러스의 단위 구조를 비교하기 위한 도면,

도 5는 지그재그 트러스의 배열간격을 다양하게 조절한 예를 도시하기 위한 도면,

도 6은 종래의 지그재그 트러스 구조체의 사시도와 평면도,

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 지그재그 트러스 구조체의 사시도와 평면도,

도 8 및 도 9는 도 7의 다른 실시 예를 도시하기 위한 도면,

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지그재그 트러스 구조체의 사시도와 평면도,

도 11은 지그재그 트러스를 제조하는 방법을 도시하기 위한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 설명

1 : 와이어 2 : 프레스

3 : 제1 와이어 4 : 제2 와이어

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 동일 평면에 존재하며 서로 수직인 x축, z축과, 이 면에 수직인 y축으로 표현되는 공간상에서,

   z축에 수직인 면에 투사하였을 때 삼각파 형태를 가지고, y축에 수직인 면에 투사하였을 때 상기 삼각파를 이루는 변 2마디마다 방향이 번갈아 바뀌는 삼각파 형태를 가지도록 절곡 성형된 제1 와이어와;

   상기 제1 와이어와 동일한 형태로 절곡 성형되되, 상기 제1 와이어에 뒤집어진 형태로 위치하도록 z축을 중심으로 회전되어 x-z 평면 위에 상기 제1 와이어와 평행하게 배치되는 제2 와이어;가 서로 밀착되어 접합된 단위 구조체가 다수 마련되어 x-z 평면 위에 z축 방향으로 일정한 간격을 유지하면서 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 지그재그 트러스 구조체.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 다수의 단위 구조체 중 적어도 하나 이상은 x축 방향으로 일정 거리만큼 평행 이동된 것을 특징으로 하는 지그재그 트러스 구조체.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 따른 지그재그 트러스 구조체로 이루어진 중간재의 상부와 하부에 상면판 및 하면판이 각각 접합된 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 중간재 사이에 형성되는 빈 공간에는 충전재가 충전되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 충전재는 금속, 세라믹, 합성수지 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 샌드위치 판재.

Images