KR101766639B1 - 충돌 에너지 흡수용 브라켓 및 이를 구비한 십자형 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충돌 에너지를 흡수하기 위한 브라켓 및 이를 구비한 십자형 구조물에 관한 것이다. 상기 브라켓은 판형의 중심부 및 상기 중심부의 높이 방향으로 양 측부를 따라 형성되는 플랜지부를 포함하고 상기 양측 플랜지부는 치형으로 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 십자형 구조물은 상호 교차하는 복수의 지지부재의 교차부 주위로 치형 플랜지를 갖는 브라켓 네개가 쌍을 이루어 볼트 또는 리벳 체결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 브라켓 및 이를 구비한 십자형 구조물은, 브라켓의 중심부 높이 방향으로 양 측부를 따라 형성되는 플랜지부가 치형으로 형성됨으로써, 충돌시 오버 슈트(overshoot) 하중이 억제 내지 저감된 충돌 하중이 유도될 수 있고, 이에 따라 순차적으로 균일하게 파손 내지 변형되어 충격을 흡수함과 동시에 십자형 구조물의 외형이 완전히 붕괴되지 않는 특성도 만족시킬 수 있다.

Description

충돌 에너지 흡수용 브라켓 및 이를 구비한 십자형 구조물{IMPACT ENERGY ABSORBING BRACKET AND CUCIFORM STRUCTURE PROVIDED WITH THE SAME}

본 발명은 충돌 에너지를 흡수하기 위한 브라켓 및 이를 구비한 십자형 구조물에 관한 것이다.

항공기나 자동차는 정상 운행시 발생되는 하중을 지지하기 하기 위한 여러 구조물이 조립된 형태이고, 이러한 구조물은 충돌사고시 탑승자 공간을 유지함과 동시에 충돌에너지를 적절히 흡수하여 탑승자의 생존성이 향상될 수 있도록 구조 설계가 이루어져야 한다.

항공기나 자동차의 구조물 중 프레임 등의 교차하는 형태의 십자형 구조물의 경우에도, 교차체결된 상태에서 정적 구조하중을 전달하는 할 수 있어야 할 뿐만 아니라 충돌시 일정량의 충돌에너지를 흡수할 수 있도록 점진적 파손이 이루어지는 구조 설계가 적용된다.

도 1은 종래 이러한 십자형 구조물인, 예컨대, 헬리콥터 동체 하부 구조물(subfloor structure)의 사시도이다. 상기 십자형 구조물(10)은 프레임(112), 킬빔(keel beam) 또는 세로대(longeron; 114) 등의 지지부재(110)를 교차시켜 연결되는 방식이고, 지지부재(110)의 교차부 주위로 네 개의 앵글 브라켓(angle bracket)(120)이 볼트 또는 리벳 등을 이용하여 체결된다. 필요에 따라 십자형 구조물(10)에는 면재(130)가 제공되어 지지부재(110)에 상하면에 볼트 또는 리벳 등을 이용하여 결합될 수 있다.

도 2는 도 1의 십자형 구조물에 사용된 앵글 브라켓(120)의 사시도이다. 상기 각각의 앵글 브라켓(120)은 사각 판재의 양측을 절곡한 형태이며, 중심부(122)와 양측 플랜지부(124)로 이루어진다. 양측 플랜지부(124)에는 상기 지지부재(110) 체결시 볼트 또는 리벳 등이 삽입되는 홀(126)이 형성된다.

이 경우, 앵글 브라켓(120)은 지지부재(110)에 견고하게 체결되어 정적 구조하중을 전달함과 동시에, 충돌시 적절히 파손 내지 변형되어 충격을 흡수하지만 완전히 구조물(10)의 외형이 완전히 붕괴되지 않도록 지지부재(110)에 대한 체결력을 유지하여야 한다.

그러나, 종래 앵글 브라켓(120)은 지지부재(110)에 결합되는 플랜지부(124)가 충돌방향(높이방향)으로 연속된 형태를 갖기 때문에 과도한 체결력을 갖는다. 이에 따라 과도한 충돌 에너지가 인가되는 경우 소정 임계치에 도달시 브라켓(120)이 일시에 붕괴됨으로써, 충돌 에너지 흡수를 위한 점진적 파손에 불리한 구조이다.

본 발명의 목적은, 충돌 에너지 흡수를 위한 점진적 파손에 유리한 구조의 브라켓 및 이를 구비한 십자형 구조물을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 충돌시 적절히 파손 내지 변형되어 충격을 흡수하지만 십자형 구조물의 외형이 완전히 붕괴되지 않는 상반되는 특성을 만족할 수 있는 십자형 구조물용 브라켓의 구조 설계를 도모하는 과정에서, 브라켓의 과도한 체결력을 완화할 수 있는 방안으로 브라켓 플랜지부의 형상을 치형으로 하는 것에 대해 지견을 얻고, 이를 더욱 구체화하여 본 발명에 이르게 되었다. 이상의 해결과제에 대한 인식 및 이에 기초한 해결수단에 관한 본 발명의 요지는 아래와 같다.

(1) 판형의 중심부 및 상기 중심부의 높이 방향으로 양 측부를 따라 형성되는 플랜지부를 포함하는 브라켓에 있어서, 상기 양측 플랜지부는 치형으로 형성된 것을 특징으로 하는 브라켓.

(2) 상기 중심부의 상단은 사선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의브라켓.

(3) 상기 플랜지부 일측의 치형 요소는 타측의 치형 요소에 대해 상기 중심부의 높이 방향으로 엇갈린 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 브라켓.

(4) 상기 플랜지부는 중심부의 높이 방향으로 하단 치형 요소가 중단 치형 요소보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 브라켓.

(5) 상기 사선 높이에 형성되는 상단 치형 요소는 상기 사선의 높이에 대응하여 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 브라켓.

(6) 상호 교차하는 복수의 지지부재; 및 네 개가 쌍을 이루어 상기 지지부재의 교차부 주위로 볼트 또는 리벳 체결되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 브라켓을 포함하는 십자형 구조물.

(7) 상기 교차부의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나에 볼트 또는 리벳 체결되는 면재를 더 포함하는 상기 (6)의 십자형 구조물.

(8) 상기 브라켓 중심부의 상단은 사선으로 형성되고, 상기 브라켓은 그 상단이 십자형 구조물의 충돌 방향으로 배치되어 체결되는 것을 특징으로 하는 상기 (6)의 십자형 구조물.

본 발명에 따른 브라켓 및 이를 구비한 십자형 구조물은, 브라켓의 중심부 높이 방향으로 양 측부를 따라 형성되는 플랜지부가 치형으로 형성됨으로써, 충돌시 오버 슈트(overshoot) 하중이 억제 내지 저감된 충돌 하중이 유도될 수 있고, 이에 따라 순차적으로 균일하게 파손 내지 변형되어 충격을 흡수함과 동시에 십자형 구조물의 외형이 완전히 붕괴되지 않는 특성도 만족시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 십자형 구조물을 자동차 및 항공기 등에 적용하는 경우 안정적이고 균일한 충돌 하중 생성에 의해 탑승자의 생존가능성이 향상될 수 있고, 충돌시 발생되는 하중-변위 신호를 제어함으로써 구조물의 파손 응답 제어가 가능하다.

도 1은 종래 십자형 구조물의 사시도.
도 2는 종래 브라켓의 사시도.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 십자형 구조물의 사시도.
도 4는 A-A 따라 도시된 심자형 구조물의 횡단면도.
도 5는 상기 도 4의 X방향에서 바라본 십자형 구조물의 입면도.
도 6은 상기 도 4의 Y방향에서 바라본 십자형 구조물의 입면도.
도 7은 종래 브래킷과 본 발명의 실시예에 따른 브래킷에 대한 충돌 시험 그래프.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하였으며, 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 십자형 구조물의 사시도를, 도 4는 A-A 따라 도시된 십자형 구조물의 횡단면도를 나타낸다. 도 5 및 도 6은 각각 상기 도 4의 X 및 Y방향에서 바라본 십자형 구조물의 입면도를 나타낸다. 이하의 설명에서 편의상 외부 충돌 에너지는 십자형 구조물의 상부로부터 전달되는 것을 예정한다.

상기 십자형 구조물(20)은 프레임, 킬빔 도는 세로대 등의 복수의 지지부재(210; 212, 214)를 교차시킨 후, 4개의 브라켓(220)을 상기 지지부재(210; 212, 214)의 교차부 주위로 볼트 또는 리벳(240) 등을 이용하여 체결된다. 이 경우 지지부재 212 및 214는 상호간에 삽입되어 교차될 수 있도록 홈(215)이 구비되어 있다. 상기 교차된 지지부재(212, 214)의 상부 및/또는 하부에는 면재(230)가 구비될 수 있다.

상기 브라켓(220)은 판형의 중심부(222)와 중심부의 높이 방향으로 양 측부를 따라 형성되는 한 쌍의 플랜지부(224, 224')을 포함하여 구성된다. 플랜지부 224, 224' 각각은 복수의 치형 요소로 이루진다. 플랜지부 224는 상단 치형 요소(224a), 중단 치형 요소(224b, 224c) 및 하단 치형 요소(224d)로 구성되며, 플랜지부 224b'는 중단 치형 요소(224b', 224c') 및 하단 치형 요소(224d')로 구성된다.

상기 중심부(222)은 상단은 플랜지부 224에서 플랜지부 224' 측으로 사선으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 중심부(222)의 면적 요소를 충격 전달 방향으로 점진적으로 크게 함으로써, 십자형 구조물(20)의 상부로부터 외부 충격이 인가시 브라켓(220)의 초기 파손 및 변형이 용이하게 유도됨으로써 외부 충돌 에너지를 효과적으로 흡수하게 된다.

상기 플랜지부(224, 224')는 복수의 치형 요소로 형성되어 지지부재(210; 212, 214)에 결합하는 구조이고, 종래 도 1 및 도 2에 도시된 연속적인 형태의 플랜지(124)와 비교하여 지지부재(210; 212, 214)에 대한 과도한 체결력을 완화된다. 이에 따라, 외부 충돌 에너지가 브라켓(220)의 상부로부터 인가되는 경우 상단에서 하단 방향으로 치형 요소가 순차적으로 균일하게 파손됨으로써 충돌 에너지를 점진적으로 흡수하게 된다.

도 5 및 도 6을 참조할 때, 상기 플랜지부 224, 224'에 형성된 복수의 치형 요소는 어느 일측의 치형 요소(224a, 224b, 224c, 224d)가 타측의 치형 요소(224b', 224c', 224d')에 대해 상기 중심부(222)의 높이 방향으로 서로 엇갈린 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 도면에서 플랜지부 224의 치형 요소 224b 및 224c는 이에 대응되는 플랜지부 224'의 치형요소 224b' 및 224c'보다 중심부(222)의 높이 방향으로 대략적으로 치형 요소의 폭에 해당하는 크기로 변위되어 있다. 이와 같이 양측 플랜지 224, 224'의 치형 요소가 소정 크기로 엇갈린 형태를 가짐으로써 충돌시 발생하는 하중의 오버슈트(overshoot) 현상을 억제 내지 최소화하게 된다.

상기 브라켓(220)은 점진적 파손에 의해 외부 충돌 에너지를 흡수하는 역할과 함께, 충격 및 손상 후에도 지지부재(210; 212, 214)에 대한 적절한 체결력을 유지하여야 한다. 이를 위해, 상기 치형 요소 중 외부 충격에 대해 가장 먼 쪽에 위치하는 하단 치형 요소(224d, 224d')는 중단 치형 요소(224b, 224b', 224c, 224c') 보다 길게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 중심부(222)의 상단이 플랜지부 224에서 플랜지부224' 방향으로 상단으로 형성되는 경우, 사선 높이에서 플랜지부 224에 구비되는 상단 치형 요소(224a)는 지지부재(210)에 대한 체결력 확보를 위해 사선 높이에 대응하여 길게 형성되는 것이 바람직하다.

도 7은 종래 브래킷과 본 발명의 실시예에 따른 브래킷에 대한 충돌 시험 그래프를 나타낸다. 도 7(b)의 본 발명에 따른 브라켓을 적용한 십자형 구조물을 적용한 경우, 도 7(a)의 종래 연속된 형태의 측면 플랜지를 구비한 앵글 브라켓과 대비하여 오버슈트(overshoot) 하중 발생이 적은 충돌 하중을 생성할 수 있어 탑승자 안전 및 생존 가능성 향상을 기대할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 브라켓 및 이를 구비한 십자형 구조물은, 브라켓의 중심부 높이 방향으로 양 측부를 따라 형성되는 플랜지부가 치형으로 형성됨으로써, 충돌시 오버 슈트(overshoot) 하중이 억제 내지 저감된 충돌 하중이 유도될 수 있고, 이에 따라 순차적으로 균일하게 파손 내지 변형되어 충격을 흡수함과 동시에 십자형 구조물의 외형이 완전히 붕괴되지 않는 특성도 만족시킬 수 있다.

이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 실시예들은 설명의 목적으로 개시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다.

예컨대, 실시예에서는 플랜지부에 구비된 치형은 사각형상으로 하고, 양측 플랜지부에 구비된 치형 요소의 중심부 높이 방향으로의 위상차는 대략적으로 치형 요소의 폭으로 하고, 양측 플랜지부에서 치형의 개수를 각각 4개 3개로 예시하였으나, 제한적으로 해석되지 않는다. 이러한 치형의 형태, 치형 요소의 위상차, 개수 및 주기는, 파손시 발생되는 충격 하중의 크기 및 주기를 제어하기 위해 적절히 조절될 수 있다. 따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.

20: 십자형 구조물
210, 212, 214: 지지부재
220: 브라켓
222: 중심부
224, 224': 플랜지부
224a: 상단 치형 요소
224b, 224b', 224c, 224c': 중단 치형 요소
224d, 224d': 하단 치형 요소
230: 면재
240: 볼트 또는 리벳

Claims (8)

1. 직각으로 면교차하는 한쌍의 지지부재(210; 212, 214)를 포함하는 십자형 구조물(20)에서, 서로 면교차된 상기 한쌍의 지지부재(210; 212, 214)에 의해 구획되는 네 개의 공간 각각에서 체결되는 충돌 에너지 흡수용 브라켓(220)에 있어서,
   상기 브라켓(220)은, 판형의 중심부(222); 및 상기 중심부(222)의 양 측부를 따라 절곡 형성되어, 상기 한쌍의 지지부재(210; 212, 214) 각각에 볼트 또는 리벳 체결되는 한쌍의 플랜지부(224, 224');를 포함하고,
   상기 면교차하는 한쌍의 지지부재(210; 212, 214)의 교선의 연장방향이 외부 충돌 에너지의 전달 방향과, 상기 중심부의 높이 방향에 각각 대응되고,
   상기 중심부(222)의 상단은 상기 한쌍의 플랜지부(224, 224') 중 어느 일측 플랜지부(224)에서 타측 플랜지부(224') 측으로 경사진 형태의 사선으로 형성됨으로써, 상기 한쌍의 플랜지부(224, 224') 간 높이차가 상기 사선의 높이에 대응되고,
   상기 한쌍의 플랜지부(224, 224') 각각은 치형으로 형성되되, 상기 한쌍의 플랜지부(224, 224') 중 일측 플랜지부(224)의 치형 요소는 타측 플랜지부(224')의 치형 요소에 대해 상기 중심부(222)의 높이 방향으로 엇갈린 형태로 형성되며,
   상기 한쌍의 플랜지부(224, 224') 중 어느 일측 플랜지부(222)에는 상기 사선의 높이에 대응하는 길이로 형성되는 상단 치형 요소(224a)가 구비된 것을 특징으로 하는,
   브라켓.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 한쌍의 플랜지부(224, 224') 각각에서, 상기 중심부(222)의 높이 방향으로 최하단에 위치하는 하단 치형 요소(224d, 224d')가 그 위쪽에 위치하는 중단 치형 요소(224b, 224b', 224c, 224c') 보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 브라켓.
   
5. 삭제
6. 직각으로 면교차하는 한쌍의 지지부재(210; 212, 214); 및 상기 제1항 또는 제4항에 따른 복수의 브라켓(220);을 포함하는 십자형 구조물(20)로서,
   상기 면교차하는 한쌍의 지지부재(210; 212, 214)의 교선의 연장방향이 외부 충돌 에너지의 전달 방향에 대응되고,
   상기 복수의 브라켓(220) 각각은 상기 한쌍의 지지부재(210; 212, 214)에 의해 구획되는 네 개의 공간 각각에서 상기 한쌍의 지지부재(210; 212, 214) 각각에 볼트 또는 리벳 체결되되, 사선으로 형성된 상기 브라켓(220)의 중심부(222) 상단이 상기 십자형 구조물(20)에 대한 외부 충돌 방향으로 대향되도록 체결되는 것을 특징으로 하는,
   십자형 구조물.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 직각으로 면교차하는 한쌍의 지지부재(210; 212, 214)의 교차부의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 하나에 볼트 또는 리벳 체결되는 면재(230)를 더 포함하는 십자형 구조물.
   
8. 삭제

Images