KR101430538B1 - 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체 및 그 제작방법 - Google Patents
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Abstract
이 발명의 샌드위치 구조체는 내부에 위치하는 3차원 형상의 샌드위치 코어와 그 양쪽 표면에 접합되는 한 쌍의 표면 판재 간의 접합면(접합부위, 접합점)의 개수를 증가시킴으로써 전단력을 향상시키고, 또한 단위 지지체의 높낮이를 조절하거나 평판재를 추가 삽입하는 구조로 샌드위치 코어를 구성함으로써, 박판재의 굽힘공정 이후 접합공정 만으로 구조체를 용이하게 생산할 수 있는 장점이 있다.
Description
이 발명은 상업적으로 대량 생산되는 박판재를 이용해 재료의 손실 없이 샌드위치 구조로 제작하는 샌드위치 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부에 위치하는 3차원 형상의 샌드위치 코어와 그 양쪽 표면에 접합되는 한 쌍의 표면 판재 간의 접합면(접합부위, 접합점)의 개수를 증가시킴으로써 전단력을 향상시키는 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체 및 그 제작방법에 관한 것이다.
샌드위치 구조체는 합성수지 복합재료, 폼 또는 금속, 비금속을 이용하여 3차원 형상의 내부 트러스 구조를 갖도록 구성된다. 이러한 샌드위치 구조체는 내부 트러스 구조의 상하 양면에 표면 판재를 접합하여 제작한다. 이와 같이 제작된 샌드위치 구조체는 가벼우면서도 강성이 강한 소재의 특성을 보이고 있다. 그런데, 상대적으로 전단에 약한 특성을 가지기 때문에, 샌드위치 구조 파괴모드에서 전단이 샌드위치 소재의 중요한 설계인자로 고려되고 있다. 전단에 강한 구조로 제작하기 위해서는 외부 판재와 내부 코어간의 접합면적을 증가시켜야 한다. 이에, 종래에는 단순히 내부 코어와 외부 판재가 접합되는 부분을 증가시켜 상대적으로 샌드위치의 상대밀도를 증가시키는 방법들을 채용하였다.
도 1은 종래기술에 따른 박판재를 이용하여 제작한 샌드위치 패널의 개념도로서, (a)는 주름 구조형태의 박판재를 이용하여 제작한 샌드위치 패널의 개략도이고(미국 특허 제5,543,204호), (b)는 열십자형의 트러스 구조체를 도시한 개략도이고(미국 특허 제5,162,143호)이다. 도 1과 같은 샌드위치 패널 및 트러스 구조체는 경량성, 흡음성, 비강성, 내충격성 및 기계적 성질이 우수한 특성을 가진다.
도 2는 종래기술에 따른 박판재를 이용하여 제작한 샌드위치 코어의 개념도로서, (a)는 피라미드 트러스 코어의 사시 개념도이고, (b)는 (a)의 코어와 외부 판재간의 접합부위를 나타낸 평면도이고, (c)는 Bi-CSC 구조 형상의 샌드위치 코어의 사시 개념도이고, (d)는 (c)의 코어와 외부 판재간의 접합부위를 나타낸 평면도이다. 도 2의 (a)에 나타낸 종래의 피라미드 트러스 코어는 접합부분이 상부 및 하부로 나뉘어짐에 따라, (c)와 같이 그 접합부위가 감소함에 따라 접합력이 감소해 전단 변형에 약하다는 문제점이 있다. 이런 전단 변형에 약해지는 문제점을 보완하기 위해, 종래의 논문(Journal of construction steel research, Evaluation of the transverse shear stiffness of a steel bi-directional corrugated-strip-core sandwich beam, 2011)에서는 도 2의 (c)와 같은 새로운 구조인 Bi-CSC 구조에 대해 제안하였다.
이 논문에 공개된 Bi-CSC 구조는 교차하는 2개의 단위 지지체가 서로 간에 만나는 부분이 없이 서로 어긋나게 배치함으로써, 상부 및 하부의 외부 판재와의 다수의 접합면을 갖도록 구성한 것이다. 즉, Bi-CSC 구조는 동일한 소재로 정렬하는 방법만을 변경해 접합면을 증가시킨 것이다. 그런데, 이러한 구조는 단위 지지체들이 서로 간에 교차되는 구조를 갖기 때문에, 기존의 적층방법으로 정렬하는데 어려움이 있다는 단점이 있다. 따라서, 상기 논문에서도 이를 해결할 수 있는 2가지 제작방법을 제시하고 있다.
도 3은 도 2의 (c)에 나타낸 샌드위치 코어를 제작하는 과정을 도시한 개념도로서, (a)는 top-down 방식의 개념도이고, (b)는 Insert-slide 방식의 개념도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, Bi-CSC 구조 형상의 샌드위치 코어를 제작함에 있어서는, (a)와 같이 한 피치의 단위 코어 유닛을 상부에서 삽입하는 top-down 방식을 이용하거나, (b)와 같이 코어 유닛을 눕혀서 삽입한 이후에 돌려 세워 구조 형상을 만드는 Insert-slide 방식을 이용해 제작하고 있다. 그런데, 이러한 top-down 방식이나 Insert-slide 방식의 경우에는 샌드위치 코어의 대량생산이 불가능할 뿐만 아니라 자동화도 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내부에 위치하는 3차원 형상의 샌드위치 코어와 그 양쪽 표면에 접합되는 한 쌍의 표면 판재 간의 접합면(접합부위, 접합점)의 개수를 증가시킴으로써 전단력을 향상시키는 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체 및 그 제작방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 이 발명은 단위 지지체의 높낮이를 조절하거나 평판재를 추가 삽입하는 구조로 샌드위치 코어를 구성함으로써, 박판재의 굽힘공정 이후 접합공정 만으로 구조체를 용이하게 생산할 수 있는 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 제작방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체는, 3차원 형상의 샌드위치 코어와, 상기 샌드위치 코어의 양쪽 표면에 접합되는 한 쌍의 표면 판재를 포함하고, 상기 샌드위치 코어는 일정 폭과 두께를 갖는 판재를 성형하여 일정 경사각을 갖는 요부와 철부를 반복적으로 갖되, 상기 요부와 상기 철부의 정점에 각각 형성된 평편한 접합부와 상기 요부와 상기 철부를 연결하는 지지부를 각각 갖는 다수개의 단위 지지체를 포함하며, 상기 다수개의 단위 지지체는 상기 단위 지지체의 한 피치 간격으로 x-방향으로 정렬되는 다수개의 제1 x축 단위 지지체와, 상기 다수개의 제1 x축 단위 지지체의 상부에 배치되되 상기 제1 x축 단위 지지체의 철부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지거나 서로 어긋나도록 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격으로 y-방향으로 정렬되는 다수개의 y축 단위 지지체, 및 상기 다수개의 y축 단위 지지체의 상부에 배치되되 상기 제1 x축 단위 지지체와 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격을 유지하며 또한 상기 y축 단위 지지체의 요부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지도록 x-방향으로 정렬되는 다수개의 제2 x축 단위 지지체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명의 샌드위치 구조체는, 상기 y축 단위 지지체가 상기 제1 x축 단위 지지체에 겹쳐짐에 따른 높낮이 차이를 보상하기 위해, 상기 y축 단위 지지체를 상기 제1, 제2 x축 단위 지지체보다 상기 y축 단위 지지체의 두께에 해당하는 만큼 큰 높이로 구성해, 상기 샌드위치 코어의 상부 및 하부에 동일 높이의 상기 평편한 접합부를 각각 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명의 샌드위치 구조체는, 상기 y축 단위 지지체가 상기 제1 x축 단위 지지체에 겹쳐짐에 따른 높낮이 차이를 보상하기 위해, 상기 한 쌍의 표면 판재와의 사이에 생성된 간극에 각각 삽입되어 상기 간극을 메우는 다수개의 평판재를 상기 샌드위치 코어에 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 지지부는 강성을 강화시키기 위한 개방된 단면 구조를 갖되, 상기 지지부의 단면은 원호형, 타원형 또는 다각형의 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 제작방법은, 일정 폭과 두께를 갖는 판재를 성형하여 일정 경사각을 갖는 요부와 철부를 반복적으로 갖되, 상기 요부와 상기 철부의 정점에 각각 형성된 평편한 접합부와 상기 요부와 상기 철부를 연결하는 지지부를 각각 갖는 다수개의 단위 지지체를 성형하는 단계와; 상기 다수개의 단위 지지체 중에서 상기 단위 지지체의 한 피치 간격으로 x-방향으로 다수개의 제1 x축 단위 지지체를 정렬하는 단계와; 상기 다수개의 제1 x축 단위 지지체의 상부에 배치하되 상기 제1 x축 단위 지지체의 철부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지거나 서로 어긋나도록 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격으로 y-방향으로 다수개의 y축 단위 지지체를 정렬하는 단계와; 상기 다수개의 y축 단위 지지체의 상부에 배치하되 상기 제1 x축 단위 지지체와 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격을 유지하며 또한 상기 y축 단위 지지체의 요부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지도록 x-방향으로 다수개의 제2 x축 단위 지지체를 정렬하는 단계와; 정렬된 상기 다수개의 단위 지지체의 접합부를 각각 접합하여 샌드위치 코어를 제작하는 단계; 및 상기 샌드위치 코어의 상면 및 하면에 판재를 각각 배열한 후 접합하여 샌드위치 구조체를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명의 샌드위치 구조체의 제작방법은, 상기 y축 단위 지지체가 상기 제1 x축 단위 지지체에 겹쳐짐에 따른 높낮이 차이를 보상하기 위해, 상기 y축 단위 지지체를 상기 제1, 제2 x축 단위 지지체보다 상기 y축 단위 지지체의 두께에 해당하는 만큼 큰 높이로 구성해, 상기 샌드위치 코어의 상부 및 하부에 동일 높이의 상기 평편한 접합부를 각각 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명의 샌드위치 구조체의 제작방법은, 상기 y축 단위 지지체가 상기 제1 x축 단위 지지체에 겹쳐짐에 따른 높낮이 차이를 보상하기 위해, 해당 부분에 평판재를 각각 위치시키는 단계를 상기 샌드위치 코어를 제작하는 전단계에 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 다수개의 단위 지지체의 접합부는 용접, 브레이징, 천이액상(TLP), 접착제 또는 기계적 접합(Rivetting, Joining)하는 것을 특징으로 한다.
이 발명은 내부에 위치하는 3차원 형상의 샌드위치 코어와 그 양쪽 표면에 접합되는 한 쌍의 표면 판재 간의 접합면(접합부위, 접합점)의 개수를 증가시킴으로써 전단력을 향상시킬 수 있다.
또한, 이 발명은 단위 지지체의 높낮이를 조절하거나 평판재를 추가 삽입하는 구조로 샌드위치 코어를 구성함으로써, 박판재의 굽힘공정 이후 접합공정 만으로 구조체를 용이하게 대량생산 및 자동화가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 이 발명은 서로 간에 접착되는 부분에 대해서는 박판재의 평탄부를 그대로 유지하여 정렬의 용이성 및 높은 접합강도를 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 이 발명은 속이 주기적으로 비어있는 구조를 가짐에 따라 경량, 내충격성, 흡음성 및 열교환성을 갖는 신소재로서, 선박, 건축구조물, 비행기, 자동차, 인공 뼈대 등 다양한 산업분야에 응용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 박판재를 이용한 샌드위치 패널의 개념도로서, (a)는 주름 구조형태의 박판재를 이용하여 제작한 샌드위치 패널의 개략도이고(미국 특허 제5,543,204호), (b)는 열십자형의 트러스 구조체를 도시한 개략도이고(미국 특허 제5,162,143호),
도 2는 종래기술에 따른 박판재를 이용하여 제작한 샌드위치 코어의 개념도로서, (a)는 피라미드 트러스 코어의 사시 개념도이고, (b)는 (a)의 코어와 외부 판재간의 접합부위를 나타낸 평면도이고, (c)는 Bi-CSC 구조 형상의 샌드위치 코어의 사시 개념도이고, (d)는 (c)의 코어와 외부 판재간의 접합부위를 나타낸 평면도이고,
도 3은 도 2의 (c)에 나타낸 샌드위치 코어를 제작하는 과정을 도시한 개념도로서, (a)는 top-down 방식의 개념도이고, (b)는 Insert-slide 방식의 개념도이고,
도 4는 이 발명에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 제작과정을 나타낸 순서도이고,
도 5는 이 발명에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체를 구성하는 단위 지지체를 제작하는 일례를 도시한 개념도이고,
도 6은 도 5에서 제작된 단위 지지체를 트러스 구조로 정렬한 후 접합하여 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 코어를 제작하는 과정 및 그에 따라 제작된 샌드위치 코어의 개념도로서, (a) 내지 (c)는 제작과정을 나타낸 개념도이고, (d)는 제작된 샌드위치 코어의 개념도이고,
도 7은 도 2의 (a) 및 (c)에 나타낸 종래기술의 샌드위치 코어와 도 6에 나타낸 이 발명의 샌드위치 코어가 외부 판재와 접착되는 부위를 비교하여 나타낸 개념도로서, (a) 및 (b)는 도 2의 (a)의 피라미드 트러스 코어에 대해 나타낸 것이고, (c) 및 (d)는 도 2의 (c)의 Bi-CSC 구조 형상의 샌드위치 코어에 대해 나타낸 것이며, (e) 및 (f)는 도 6의 샌드위치 코어에 대해 나타낸 것이고,
도 8은 도 6에 나타낸 이 발명의 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 코어를 제작함에 따른 문제점과 그 해결방안을 도시한 개념도로서, (a)는 샌드위치 코어의 양쪽 표면에 외부 판재를 위치시킬 때 이들 사이에 간극이 생성됨을 나타낸 것이고, (b) 및 (c)는 샌드위치 코어를 구성하는 단위 지지체의 높낮이 조절을 통해 간극이 생성되지 않도록 하는 구성관계를 도시한 것이며, (d) 및 (e)는 간극에 해당하는 두께의 평판재를 간극 형성부위에 삽입에 간극이 생성되지 않도록 하는 구성관계를 도시한 것이고,
도 9는 도 8의 (b)의 구성관계를 갖는 샌드위치 코어를 갖는 이 실시예에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 개념도로서, (a)는 일부 절개 사시도이고, (b)는 샌드위치 코어가 외부 판재와 접착되는 부위를 나타낸 평면도이며, (c)는 샌드위치 구조체의 정면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 박판재를 이용하여 제작한 샌드위치 코어의 개념도로서, (a)는 피라미드 트러스 코어의 사시 개념도이고, (b)는 (a)의 코어와 외부 판재간의 접합부위를 나타낸 평면도이고, (c)는 Bi-CSC 구조 형상의 샌드위치 코어의 사시 개념도이고, (d)는 (c)의 코어와 외부 판재간의 접합부위를 나타낸 평면도이고,
도 3은 도 2의 (c)에 나타낸 샌드위치 코어를 제작하는 과정을 도시한 개념도로서, (a)는 top-down 방식의 개념도이고, (b)는 Insert-slide 방식의 개념도이고,
도 4는 이 발명에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 제작과정을 나타낸 순서도이고,
도 5는 이 발명에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체를 구성하는 단위 지지체를 제작하는 일례를 도시한 개념도이고,
도 6은 도 5에서 제작된 단위 지지체를 트러스 구조로 정렬한 후 접합하여 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 코어를 제작하는 과정 및 그에 따라 제작된 샌드위치 코어의 개념도로서, (a) 내지 (c)는 제작과정을 나타낸 개념도이고, (d)는 제작된 샌드위치 코어의 개념도이고,
도 7은 도 2의 (a) 및 (c)에 나타낸 종래기술의 샌드위치 코어와 도 6에 나타낸 이 발명의 샌드위치 코어가 외부 판재와 접착되는 부위를 비교하여 나타낸 개념도로서, (a) 및 (b)는 도 2의 (a)의 피라미드 트러스 코어에 대해 나타낸 것이고, (c) 및 (d)는 도 2의 (c)의 Bi-CSC 구조 형상의 샌드위치 코어에 대해 나타낸 것이며, (e) 및 (f)는 도 6의 샌드위치 코어에 대해 나타낸 것이고,
도 8은 도 6에 나타낸 이 발명의 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 코어를 제작함에 따른 문제점과 그 해결방안을 도시한 개념도로서, (a)는 샌드위치 코어의 양쪽 표면에 외부 판재를 위치시킬 때 이들 사이에 간극이 생성됨을 나타낸 것이고, (b) 및 (c)는 샌드위치 코어를 구성하는 단위 지지체의 높낮이 조절을 통해 간극이 생성되지 않도록 하는 구성관계를 도시한 것이며, (d) 및 (e)는 간극에 해당하는 두께의 평판재를 간극 형성부위에 삽입에 간극이 생성되지 않도록 하는 구성관계를 도시한 것이고,
도 9는 도 8의 (b)의 구성관계를 갖는 샌드위치 코어를 갖는 이 실시예에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 개념도로서, (a)는 일부 절개 사시도이고, (b)는 샌드위치 코어가 외부 판재와 접착되는 부위를 나타낸 평면도이며, (c)는 샌드위치 구조체의 정면도이다.
아래에서, 이 발명에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체 및 그 제작방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 이 발명에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 제작과정을 나타낸 순서도이고, 도 5는 이 발명에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체를 구성하는 단위 지지체를 제작하는 일례를 도시한 개념도이며, 도 6은 도 5에서 제작된 단위 지지체를 트러스 구조로 정렬한 후 접합하여 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 코어를 제작하는 과정 및 그에 따라 제작된 샌드위치 코어의 개념도로서, (a) 내지 (c)는 제작과정을 나타낸 개념도이고, (d)는 제작된 샌드위치 코어의 개념도이다.
이 발명에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체를 제작하기 위해서는, 먼저 스트립 형태의 박판재를 일정 길이로 절단한다. 그런 다음, 도 5와 같은 방법으로 다수개의 단위 지지체를 제작한다. 여기서, 단위 지지체는 일정 폭과 두께를 갖는 판재를 성형하여 일정 경사각을 갖는 요부와 철부를 반복적으로 갖되, 요부와 철부의 정점에 각각 형성된 평편한 접합부와, 요부와 철부를 연결하는 지지부를 갖는다. 도 5는 성형 롤(51, 52)을 이용한 롤링 공정을 통해 박판재를 V 자형으로 굽힘 성형하여 단위 지지체(53)를 제작한 일례를 나타낸 것이다. 한편, 단위 지지체(53)는 스템핑 공정을 통해서도 평편한 접합부 및 지지부를 갖도록 성형할 수 있다.
한편, 이 실시예의 단위 지지체는 강성을 강화시키기 위해 그 지지부를 원호형, 타원형 또는 다각형의 형태로 개방된 단면 구조를 갖도록 구성할 수도 있다.
그런 다음, 제작된 단위 지지체를 정렬하되 도 6의 (a)->(b)->(c)의 순서에 따라 정렬한다. 즉, 도 6의 (a)와 같이 x-방향으로 다수개의 제1 x축 단위 지지체(61)를 단위 지지체의 한 피치 간격으로 정렬한다. 그런 다음, 도 6의 (b)와 같이 y-방향으로 y축 단위 지지체(62)를 단위 지지체의 1/2 피치 간격으로 동일하게 배치한다. 이때, 일부의 y축 단위 지지체(62)는 제1 x축 단위 지지체(61)와 서로 겹쳐지게 배열되고, 나머지 y축 단위 지지체(62)는 제1 x축 단위 지지체(61)와 서로 간에 만나는 부분이 없이 서로 어긋나게 배열된다. 한편, 일부의 y축 단위 지지체(62)는 그 철부의 평편한 접합부가 제1 x축 단위 지지체(61)의 철부의 평편한 접합부에 서로 겹쳐지는 형태로 배열된다.
그 후, 도 6의 (c)와 같이 상부에서 다수개의 제2 x축 단위 지지체(63)를 x-방향으로 다시 적층하되, 처음에 배치된 제1 x축 단위 지지체(61)의 사이사이에 적층한다. 즉, 다수개의 제2 x축 단위 지지체(63)를 다수개의 y축 단위 지지체(62)의 상부에 배치하되, 제1 x축 단위 지지체(61)와 단위 지지체의 1/2 피치 간격을 유지하도록 정렬한다. 이때, 제2 x축 단위 지지체(63)는 그 요부의 평편한 접합부가 y축 단위 지지체(62)의 요부의 평편한 접합부에 서로 겹쳐지는 형태로 적층된다.
상기와 같은 과정을 거쳐 다수개의 제1, 제2 x축 단위 지지체(61, 63)와 y축 단위 지지체(62)간의 정렬이 완료되면, 용접, 브레이징, 천이액상(TLP), 접착제 또는 기계적 접합(Rivetting, Joining)을 통해 그 접합부를 서로 간에 접합함으로써, 도 6의 (d)와 같은 이 실시예의 샌드위치 코어(60)가 제작된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 이 실시예에 따른 샌드위치 코어(60)는 제1, 제2 x축 단위 지지체(61, 63)와 y축 단위 지지체(62)간의 간섭 없이 단순히 순차적으로 적층하는 과정을 통해 제작이 가능하다. 따라서, 이 실시예의 샌드위치 코어는 대량생산 및 자동화공정에 적용이 가능하다. 또한, 도 6의 (d)에 나타낸 바와 같이, 외부의 표면 판재와 접착되는 접합면이 샌드위치 코어의 상부 및 하부에 다수개씩 형성됨에 따라 전단력이 강화된 구조적 형상을 가질 수 있다.
도 7은 도 2의 (a) 및 (c)에 나타낸 종래기술의 샌드위치 코어와 도 6에 나타낸 이 발명의 샌드위치 코어가 외부 판재와 접착되는 부위를 비교하여 나타낸 개념도로서, (a) 및 (b)는 도 2의 (a)의 피라미드 트러스 코어(4x4)에 대해 나타낸 것으로서 그 접합부위가 총 25개이고, (c) 및 (d)는 도 2의 (c)의 Bi-CSC 구조 형상의 샌드위치 코어(4x4)에 대해 나타낸 것으로서 그 접합부위가 총 50개이며, (e) 및 (f)는 도 6의 샌드위치 코어(4x4)에 대해 나타낸 것으로서 그 접합부위가 총 38개임을 알 수 있다.
한편, 샌드위치 코어와 외부 판재간의 접합면의 개수는 다음과 같은 수식으로 형성된다.
도 7에 나타낸 바와 같이, (a)의 피라미드 트러스 코어는 (c)의 Bi-CSC 구조 형상의 샌드위치 코어에 비해 접합면(접합점, 접착포인트)이 1/2배 적으며, 이 실시예의 샌드위치 코어는 그 접합면의 개수가 트러스 코어와 Bi-CSC 구조 형상의 샌드위치 코어의 중간에 해당함을 알 수 있다.
도 8은 도 6에 나타낸 이 발명의 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 코어를 제작함에 따른 문제점과 그 해결방안을 도시한 개념도로서, (a)는 샌드위치 코어의 양쪽 표면에 외부 판재를 위치시킬 때 이들 사이에 간극이 생성됨을 나타낸 것이고, (b) 및 (c)는 샌드위치 코어를 구성하는 단위 지지체의 높낮이 조절을 통해 간극이 생성되지 않도록 하는 구성관계를 도시한 것이며, (d) 및 (e)는 간극에 해당하는 두께의 평판재를 간극 형성부위에 삽입에 간극이 생성되지 않도록 하는 구성관계를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같은 롤링 공정을 통해 박판재를 V 자형으로 굽힘 성형하여 제작한 단위 지지체를 도 6과 같은 제1, 제2 x축 단위 지지체(61, 63)와 y축 단위 지지체(62)로 사용할 경우, 즉 동일 크기 및 형태를 갖는 단위 지지체를 제1, 제2 x축 단위 지지체(61, 63) 및 y축 단위 지지체(62)로 사용할 경우, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이 샌드위치 코어의 양쪽 표면에 외부 판재를 위치시킬 때 이들 사이에 단위 지지체의 두께에 해당하는 만큼의 간극(64)이 생성된다. 즉, 제1 x축 단위 지지체(61)와 y축 단위 지지체(62)가 서로 겹쳐짐에 따라 겹쳐진 두께 만큼의 간극(64)이 생성된다. 따라서, y축 단위 지지체(62)를 구성함에 있어서, 도 8의 (b)와 같이 제1, 제2 x축 단위 지지체(61, 63)보다 y축 단위 지지체(62)의 두께에 해당하는 만큼 큰 높이를 갖도록 구성하면 된다. 즉, y축 단위 지지체(62)의 높낮이 조절을 통해 샌드위치 코어와 외부 판재 사이에 간극이 생성되지 않도록 구성하면 된다. 아니면, 도 8의 (d)와 같이 간극에 해당하는 두께의 평판재(65)를 간극 형성부위에 삽입에 간극이 생성되지 않도록 구성해도 무방하다.
도 8과 같은 형상의 샌드위치 코어의 제작을 위한 정렬이 완료되면, 정렬된 다수개의 단위 지지체의 접합부 및/또는 평판재를 각각 접합하여 샌드위치 코어를 제작한다. 이때, 접합은 용접, 브레이징, 천이액상(TLP), 접착제 또는 기계적 접합(Rivetting, Joining)을 통해 그 접합부 및/또는 평판재를 서로 간에 접합하면 된다.
도 9는 도 8의 (b)의 구성관계를 갖는 샌드위치 코어를 갖는 이 실시예에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 개념도로서, (a)는 일부 절개 사시도이고, (b)는 샌드위치 코어가 외부 판재와 접착되는 부위를 나타낸 평면도이며, (c)는 샌드위치 구조체의 정면도이다.
상기와 같은 과정을 거쳐 샌드위치 코어의 제작이 완료되면, 도 9와 같이 샌드위치 코어(60)의 상하면에 표면 판재(91, 92)를 배치하고 접합함으로써, 이 발명에 따른 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체(90)의 제작이 완료된다. 여기서, 표면 판재는 샌드위치 코어 중에서 평판한 접합부에 면 접촉한 상태에서 접합된다. 이때, 접합은 용접, 브레이징, 천이액상(TLP), 접착제 또는 기계적 접합(Rivetting, Joining)을 통해 그 접합부를 서로 간에 접합하면 된다.
한편, 이 실시예의 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체는 방음, 방열, 유로채널 및/또는 전자파 차폐 등을 위해 그 내부에 별도의 내부 충진재가 더 충진될 수도 있다.
이상에서 이 발명의 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체 및 그 제작방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이다. 따라서, 이 발명이 상기에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 그러한 변형예 또는 수정예들 또한 이 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
51, 52 : 성형 롤 53 : 단위 지지체
60 : 샌드위치 코어 61 : 제1 x축 단위 지지체
62 : y축 단위 지지체 63 : 제2 x축 단위 지지체
64 : 간극 65 : 평판재
90 : 샌드위치 구조체 91, 92 : 표면 판재
60 : 샌드위치 코어 61 : 제1 x축 단위 지지체
62 : y축 단위 지지체 63 : 제2 x축 단위 지지체
64 : 간극 65 : 평판재
90 : 샌드위치 구조체 91, 92 : 표면 판재
Claims (6)
- 3차원 형상의 샌드위치 코어와, 상기 샌드위치 코어의 양쪽 표면에 접합되는 한 쌍의 표면 판재를 포함하는 샌드위치 구조체에 있어서,
상기 샌드위치 코어는 일정 폭과 두께를 갖는 판재를 성형하여 일정 경사각을 갖는 요부와 철부를 반복적으로 갖되, 상기 요부와 상기 철부의 정점에 각각 형성된 평편한 접합부와 상기 요부와 상기 철부를 연결하는 지지부를 각각 갖는 다수개의 단위 지지체를 포함하고,
상기 다수개의 단위 지지체는 상기 단위 지지체의 한 피치 간격으로 x-방향으로 정렬되는 다수개의 제1 x축 단위 지지체와, 상기 다수개의 제1 x축 단위 지지체의 상부에 배치되되 상기 제1 x축 단위 지지체의 철부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지거나 서로 어긋나도록 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격으로 y-방향으로 정렬되는 다수개의 y축 단위 지지체, 및 상기 다수개의 y축 단위 지지체의 상부에 배치되되 상기 제1 x축 단위 지지체와 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격을 유지하며 또한 상기 y축 단위 지지체의 요부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지도록 x-방향으로 정렬되는 다수개의 제2 x축 단위 지지체를 포함하며,
상기 y축 단위 지지체는 상기 제1, 제2 x축 단위 지지체보다 상기 y축 단위 지지체의 두께에 해당하는 만큼 큰 높이로 구성되어, 상기 샌드위치 코어의 상부 및 하부에 동일 높이의 상기 평편한 접합부를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체. - 3차원 형상의 샌드위치 코어와, 상기 샌드위치 코어의 양쪽 표면에 접합되는 한 쌍의 표면 판재를 포함하는 샌드위치 구조체에 있어서,
상기 샌드위치 코어는 일정 폭과 두께를 갖는 판재를 성형하여 일정 경사각을 갖는 요부와 철부를 반복적으로 갖되, 상기 요부와 상기 철부의 정점에 각각 형성된 평편한 접합부와 상기 요부와 상기 철부를 연결하는 지지부를 각각 갖는 다수개의 단위 지지체를 포함하고,
상기 다수개의 단위 지지체는 상기 단위 지지체의 한 피치 간격으로 x-방향으로 정렬되는 다수개의 제1 x축 단위 지지체와, 상기 다수개의 제1 x축 단위 지지체의 상부에 배치되되 상기 제1 x축 단위 지지체의 철부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지거나 서로 어긋나도록 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격으로 y-방향으로 정렬되는 다수개의 y축 단위 지지체, 및 상기 다수개의 y축 단위 지지체의 상부에 배치되되 상기 제1 x축 단위 지지체와 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격을 유지하며 또한 상기 y축 단위 지지체의 요부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지도록 x-방향으로 정렬되는 다수개의 제2 x축 단위 지지체를 포함하며,
상기 샌드위치 코어는 상기 y축 단위 지지체와 상기 제1, 제2 x축 단위 지지체가 동일 높이로 구성되고 상기 y축 단위 지지체가 상기 제1 x축 단위 지지체에 겹쳐짐에 따라 상기 한 쌍의 표면 판재와의 사이에 생성된 간극에 각각 삽입되어 상기 간극을 메우는 다수개의 평판재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 지지부는 강성을 강화시키기 위한 개방된 단면 구조를 갖되, 상기 지지부의 단면은 원호형, 타원형 또는 다각형의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체. - 일정 폭과 두께를 갖는 판재를 성형하여 일정 경사각을 갖는 요부와 철부를 반복적으로 갖되, 상기 요부와 상기 철부의 정점에 각각 형성된 평편한 접합부와 상기 요부와 상기 철부를 연결하는 지지부를 각각 갖는 다수개의 단위 지지체를 성형하는 단계와;
상기 다수개의 단위 지지체 중에서 상기 단위 지지체의 한 피치 간격으로 x-방향으로 다수개의 제1 x축 단위 지지체를 정렬하는 단계와;
상기 다수개의 제1 x축 단위 지지체의 상부에 배치하되 상기 제1 x축 단위 지지체의 철부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지거나 서로 어긋나도록 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격으로 y-방향으로 다수개의 y축 단위 지지체를 정렬하는 단계와;
상기 다수개의 y축 단위 지지체의 상부에 배치하되 상기 제1 x축 단위 지지체와 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격을 유지하며 또한 상기 y축 단위 지지체의 요부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지도록 x-방향으로 다수개의 제2 x축 단위 지지체를 정렬하는 단계와;
정렬된 상기 다수개의 단위 지지체의 접합부를 각각 접합하여 샌드위치 코어를 제작하는 단계; 및
상기 샌드위치 코어의 상면 및 하면에 판재를 각각 배열한 후 접합하여 샌드위치 구조체를 완성하는 단계를 포함하며,
상기 y축 단위 지지체는 상기 제1, 제2 x축 단위 지지체보다 상기 y축 단위 지지체의 두께에 해당하는 만큼 큰 높이로 구성되어, 상기 샌드위치 코어의 상부 및 하부에 동일 높이의 상기 평편한 접합부를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 제작방법. - 일정 폭과 두께를 갖는 판재를 성형하여 일정 경사각을 갖는 요부와 철부를 반복적으로 갖되, 상기 요부와 상기 철부의 정점에 각각 형성된 평편한 접합부와 상기 요부와 상기 철부를 연결하는 지지부를 각각 갖는 다수개의 단위 지지체를 성형하는 단계와;
상기 다수개의 단위 지지체 중에서 상기 단위 지지체의 한 피치 간격으로 x-방향으로 다수개의 제1 x축 단위 지지체를 정렬하는 단계와;
상기 다수개의 제1 x축 단위 지지체의 상부에 배치하되 상기 제1 x축 단위 지지체의 철부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지거나 서로 어긋나도록 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격으로 y-방향으로 다수개의 y축 단위 지지체를 정렬하는 단계와;
상기 다수개의 y축 단위 지지체의 상부에 배치하되 상기 제1 x축 단위 지지체와 상기 단위 지지체의 1/2 피치 간격을 유지하며 또한 상기 y축 단위 지지체의 요부의 평편한 접합부와 서로 겹쳐지도록 x-방향으로 다수개의 제2 x축 단위 지지체를 정렬하는 단계와;
상기 y축 단위 지지체와 상기 제1, 제2 x축 단위 지지체가 동일 높이로 구성되고, 상기 y축 단위 지지체가 상기 제1 x축 단위 지지체에 겹쳐짐에 따라 생성되는 높낮이 차이를 보상하기 위해 해당 부분에 평판재를 각각 위치시키는 단계와;
정렬된 상기 다수개의 단위 지지체의 접합부 및 평판재를 각각 접합하여 샌드위치 코어를 제작하는 단계; 및
상기 샌드위치 코어의 상면 및 하면에 판재를 각각 배열한 후 접합하여 샌드위치 구조체를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 제작방법. - 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 다수개의 단위 지지체의 접합부는 용접, 브레이징, 천이액상(TLP), 접착제 또는 기계적 접합(Rivetting, Joining)하는 것을 특징으로 하는 다수의 접합면을 갖는 샌드위치 구조체의 제작방법.
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| KR20180078829A (ko) * | 2016-12-30 | 2018-07-10 | 한국에너지기술연구원 | 3차원 샌드위치 코어 및 이의 제조방법 |
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| KR20120050573A (ko) * | 2010-11-11 | 2012-05-21 | 한국과학기술원 | 피라미드형 트러스 구조체를 이용한 샌드위치 판재 및 그 제작 방법 |
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| KR101995310B1 (ko) * | 2016-12-30 | 2019-07-03 | 한국에너지기술연구원 | 3차원 샌드위치 코어 및 이의 제조방법 |
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