KR20150069307A - 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자력 발전소와 같은 대형 구조물에 면진장치를 적용하기 위해 상부 구조물의 질량, 회전반경, 질량중심과 면진장치의 강성, 탄성반경, 강성중심을 일치시키는 방법을 이용하여 다수의 면진장치를 소수의 면진장치로 간략화하여, 간략화된 면진장치의 모델링을 통해 면진장치의 배치에 대한 적절성을 빠르게 파악하기 위한 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법을 제공한다.

Description

면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법 {SIMPLIFIED MODELING METHOD FOR SEISMIC ISOLATION ANALYSIS}
본 발명은 원자력 발전소와 같은 대형 구조물에 면진장치를 적용하기 위해 상부 구조물의 질량, 회전반경, 질량중심과 면진장치의 강성, 탄성반경, 강성중심을 일치시키는 방법을 이용하여 다수의 면진장치를 소수의 면진장치로 간략화하여, 간략화된 면진장치의 모델링을 통해 면진장치의 배치에 대한 적절성을 빠르게 파악하기 위한 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법에 관한 것이다.
구조물이 외부로부터 충격을 받으면 진동하게 되는데 이 때 구조물의 특성(질량과 강성)에 따라서 진동하는 모양(형상)과 진동수가 정해진다. 이 때 구조물이 진동하는 형상을 모드형상(mode shape)또는 고유모드(natural mode)라고 부르며, 각 고유모드의 진동수를 구조물의 고유진동수(natural frequency)라고 한다.
고유진동수와 모드형상은 내진, 면진, 제진 등의 동적해석과 동적설계의 기본자료로서 사용되는 가장 중요한 구조물의 동적 특성이다. 구조물의 동적 해석을 하기 위해서 가장 먼저 하는 것이 대상 구조물의 고유진동수와 모드형상은 구하는 것인데 이것을 고유치 해석(eigen value analysis) 또는 고유모드 해석(modal analysis)라고 한다.
진동과 관련된 분야에서 가장 중요한 것이 바로 구조물 또는 구조시스템의 고유치, 즉 고유진동수와 고유모드형상를 정확하게 구하는 것이다. 그 이유는 구조물의 고유치를 얼마나 정확하게 구하느냐에 따라서 동적해석의 결과가 크게 달라질 수 있기 때문이다. 여기서, 모드형상은 변위와는 다른 것이다. 변위는 힘이 작용했을 때 발생하는 크기로 mm, cm와 같이 단위가 있지만, 모드형상은 단지 모양만을 나타내기 때문에 단위가 없다.
간단한 구조물의 고유치는 해석적(수학적)으로 비교적 정확히 구할 수 있으나 복잡한 구조를 가진 구조물의 고유치는 해석적으로 구하기가 쉽지 않다. 다시 말해, 단순한 건물의 고유진동수는 수학적으로 간단히 구하지만, 여러 종류의 부품으로 만들어진 복잡한 설비나 기기 등의 고유진동수는 수학적으로 구하는 것이 곤란하고 비록 구한다고 하더라도 결과의 정확성이 크게 떨어진다. 따라서 복잡한 구조를 갖는 구조물의 경우에는 해석적인 방법보다 실험을 통해서 고유진동수를 구하는 것이 바람직하다.
내진설계란 주어진 지반에서 발생할 수 있는 지진동의 크기에 대하여 안전한 구조물을 건설하는 것이다. 따라서 원자력 발전소 등의 중요한 설비가 건설되는 지역에서의 설계지진력이 상이하면 서로 다른 지진력을 적용하여 새로운 설계를 하여야 하며, 특정 지역에 한 두 개만이 건설되는 원자력 발전소의 경우에는 매번 새로운 설계시스템이 도입되어야 하는 것을 의미하고 이는 경제성의 훼손으로 직결되는 요인이 된다.
지진이 발생하게 되면 지면에 놓인 모든 구조물들이 지면과 함께 움직이게 된다. 급정거하는 버스안의 승객이 앞쪽으로 쓰러지게 되는 현상과 마찬가지의 원리로 지반이 흔들리게 되면 관성을 가진 구조물이 흔들리게 되며 구조물을 구성하고 있는 기둥, 보, 전단벽 또는 가새가 축력, 전단력, 휨 모멘트 등의 형태로 지진의 영향을 받게 된다.
내진설계란 앞으로 발생할 가능성이 있는 지진에 대하여 구조물이 안전하도록 설계하는 것을 의미하는데 이때 안전(安全)이라는 의미가 일반적인 의미와는 상당한 차이가 있다. 아무리 큰 지진이 발생하더라도 구조물이 전혀 피해를 입지 않도록 하는 설계(earthquake proof design)는 현실적으로 불가능할 뿐만 아니라 경제적인 부담이 지나치게 크기 때문에 내진설계(earthquake resistant design)는 경제성과 안전성을 동시에 고려하는 것이 바람직하다.
지진 시에는 땅이 좌우로 흔들리는데 이때 건물 아래 부분에 좌우로 쉽게 움직일 수 있는 장치(면진장치)를 설치하면 건물은 좌우로 잘 흔들리지 않게 된다. 다시 말하면 땅이 흔들릴 때에 건물이 흔들리는 대신에 건물 아래에 설치한 장치가 땅과 함께 움직이게 하는 것이다.
이와 같이 지진 시에 건물이 땅과 함께 흔들리지 않도록 진동을 차단하는 개념을 면진(免震)이라고 한다. 또는, 진동을 줄여준다는 뜻에서감진(減震)으로 쓸 경우도 있다. 그리고 이때에 사용하는 장치를 면진장치 또는 감진장치라고 한다.
면진설계가 되지 않은 일반건물은 지진이 발생하여 땅이 흔들리면(이것을 '지진동'이라고 합니다) 건물에 지진동과 반대 방향으로 힘이 생기게 된다. 그리고 이 힘으로 인해 건물은 좌우로 크게 움직인다. 이 때 만일 건물의 변위가 너무 커지게 되면 건물에 금이 가고 결국에는 무너질 것이다.
그래서 현실적으로 가능한 방법은 건물에 작은 변위가 생기도록 유연한 받침을 건물 아래에 설치하는 것이다. 이렇게 설계하면 지진이 발생하여도 건물에 아주 작은 힘만 발생해서 건물은 안전하게 된다.
따라서 면진설계라는 것은 건물에 가능하면 작은 변위가 생기도록 받침을 설계하는 것이다. 받침을 너무 유연하게 설계하면 건물에는 변위가 작게 생겨서 좋지만 건물이 기초지반의 벽과 부딪쳐서 건물이 손상을 입을 수 있고, 너무 단단하게 설계하면 받침보다 건물이 더 크게 움직이기 때문에 면진의 효과가 적게 나타난다. 그러므로 건물과 지진동의 성질을 잘 파악하여 적절한 특성을 갖는 받침을 정하는 것이 바로 면진설계이며, 면진설계를 잘 하기 위해서는 건물과 지진동의 성질을 정확하게 파악할 수 있어야 한다.
원자력 발전소는 다른 발전시스템에 비하여 우수한 경제성과 탄소를 발생하지 않는 친환경적인 측면을갖고 있지만, 방사능 누출이라는 위험성을 내포하고 있기 때문에 지진에 대한 안전성이 보다 중요시 되는 구조물이다. 원자력발전소와 같은 대형 구조물에 면진장치를 적용하기 위해서는 500에서 1000개 가량의 면진장치가 배치되어야 한다. 면진장치의 배치는 상부구조물의 질량중심과 강성중심에 따라 배치되어야 전체 면진구조물의 거동이 합리적으로 나타날 수 있다. 따라서, 설계단계에서 상부구조물의 변동 및 설계특성의 변동에 따라 면진장치의 성능 및 배치가 매번 변동되므로 그에 따라 상당히 많은 수의 반복계산을 수행하여야 하는 문제점이 있다. 다시 말해, 면진장치의 숫자가 많기 때문에 많은 면진장치의 배치가 바뀔 때 마다 전체 면진장치 각각을 모델링하여 전체 구조물의 거동을 파악하기에는 많은 시간과 노력이 필요한 문제점이 있다.
한국공개특허 [10-2005-0024970]에서는 지진 안전성 평가시스템 및 그 방법이 개시되어 있다.
한국공개특허 [10-2005-0024970]
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 대형 구조물에 면진장치를 적용하기 위해 다수의 면진장치를 소수의 면진장치로 간략화하여 간략화된 면진장치의 모델링을 통해 면진장치의 배치에 대한 적절성을 빠르게 파악하는 것이다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법에 있어서, 미리 배치된 복수개의 면진장치를 상부 구조물의 질량(M), 상부 구조물의 회전반경(Rm), 상부 구조물의 질량중심(CM), 면진장치의 강성(K), 면진장치의 탄성반경(Rk) 및 면진장치의 강성중심(CR)이 각각 일치되도록 미리 결정된 수의 면진장치로 간략화 하는 간략화단계(S10); 상기 간략화단계(S10)에서 간략화된 면진장치를 상부 구조물의 질량중심과 면진장치의 강성중심과 일치하도록 배치하는 배치단계(S20); 및 상기 배치단계에서 배치된 간략화된 소수의 면진장치를 각각 모델링하여 상부 구조물의 거동을 파악하는 거동파악단계(S30);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법에 의하면, 다수의 면진장치를 그 특성을 동일하게 유지하도록 소수의 면진장치로 간략화 하여 이를 적용함으로써, 면진설계 시 설계변경에 따른 검증을 보다 빠르게 실시할 수 있는 효과가 있고, 보다 빠른 시간에 설계변경 상황을 고려하여 지진 응답분석이 가능함으로써 설계의 효율성을 높이는 효과가 뛰어나다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법의 순서도.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법의 검증을 수행한 결과를 보여주는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법의 순서도이고, 도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법의 검증을 수행한 결과를 보여주는 도면 이다.
원자력발전소와 같은 대형 구조물은 지진 등에 의한 피해를 줄이기 위해 면진설계를 한다. 면진설계는 구조물의 설계에 있어서 구조물과 지반을 분리시킴으로 피해를 경감시키고 구조응답을 제어하는 방법으로, 상부 구조물과 하부 구조물을 분리시킴으로서 하부 구조에 전달되는 수평 관성 지진력을 분산, 감소시키는 방법이다. 다시 말해, 면진설계는 하부 구조물과 상부 구조물 사이에 다수의 면진장치를 배치하여 하부 구조물과 상부구조물을 분리시키는 설계를 말한다. 이는 구조물의 고유주기를 크게 하거나, 감쇠를 증가시켜 지진하중 영향을 감소시키는 방안을 마련하고, 응답변위를 증가시키는 대신에 응답가속도를 현저히 감소시켜 지진력 크기를 줄이며, 이때 발생하는 과도한 변위에 대해서는 적절한 제어 장치에 의해 연성범위 내에서 제어하여 사용성 확보하는 것을 말한다.
면진이란, 지진의 강한 지진력 대역을 피해가겠다는 개념이다. 앞으로 발생할 지진에 대해서 그 특성을 정확히 파악할 수 없다. 그러나 지금까지 지구상에서 관측된 각종 지진파를 분석한 결과 여러 강지진의 일반적인 경향을 파악하게 되었으며, 발생되는 지진과 고유주기가 비슷한 구조물에 작용하는 지진력은 공진현상에 따라 쉽게 구조물을 뒤흔들어 피해를 주게 된다. 이러한 지진파의 주기 특성을 파악함으로써 비로소 면진의 개념 도입이 가능해졌으며, 이러한 지진동의 특성을 이용하여 격리하듯이 어긋나게 하여 약하게 전달되도록 설계하는 것을 면진설계라고 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법은 간략화단계(S10), 배치단계(S20) 및 거동파악단계(S30)를 포함한다.
간략화단계(S10)는 미리 배치된 복수개의 면진장치를 상부 구조물의 질량(M), 상부 구조물의 회전반경(Rm), 상부 구조물의 질량중심(CM), 면진장치의 강성(K), 면진장치의 탄성반경(Rk) 및 면진장치의 강성중심(CR)이 각각 일치되도록 미리 결정된 수의 면진장치로 간략화 한다.
상부 구조물의 질량(M), 상부 구조물의 회전반경(Rm) 및 상부 구조물의 질량중심(CM) 3 개의 변수가 상부 구조물에 해당하는 변수고, 면진장치의 강성(K), 면진장치의 탄성반경(Rk) 및 면진장치의 강성중심(CR) 3 개의 변수가 면진장치에 해당하는 변수다. 다시 말해, 면진장치들이 배치된 면진층에서 고려해야 할 변수는 면진장치의 강성(K), 면진장치의 탄성반경(Rk) 및 면진장치의 강성중심(CR)이고, 면진층 위에 구비된 상부 구조물에서 고려해야 할 변수는 상부 구조물의 질량(M), 상부 구조물의 회전반경(Rm) 및 상부 구조물의 질량중심(CM)이다.
이때, 지반은 강체로 되어있다고 가정하고, 구조물(하부 구조물과 상부 구조물)은 분리(절연) 되어있다고 가정하며, 6 개의 변수(상부 구조물의 질량(M), 상부 구조물의 회전반경(Rm), 상부 구조물의 질량중심(CM), 면진장치의 강성(K), 면진장치의 탄성반경(Rk) 및 면진장치의 강성중심(CR))가 절연된 구조물에 영향을 미친다고 가정하고, 지진 시 지진력이 지진응답으로 확인된다고 가정하여 상기 간략화단계(S10)를 수행할 수 있다.
이때, 상기 간략화단계(S10)는
다음식
Figure pat00001
(Kt,before는 치환 전 총 병진강성, ki는 치환 전 각각의 면진장치에 해당되는 병진강성, Kt,after는 치환 후 총 병진강성, kj는 치환 후 각각의 면진장치에 해당되는 병진강성, n은 간략화 전 면진장치의 개수, m은 간략화 후 면진장치의 개수)
에 의하여, 총 병진강성을 일치시킨다.
여기서, 총 병진강성이란 각각의 면진장치(간략화 전)의 병진강성을 모두 합한 값을 말하며, 간략화 하고자 하는 면진장치의 수(m)로 총 병진강성을 나누면 간락화 하고자 하는 각각의 면진장치의 병진강성(kj)을 구할 수 있다. (
Figure pat00002
)
또한, 다음식
Figure pat00003
(CRbefore은 치환 전 강성중심, CRafter은 치환 후 강성중심)
에 의하여, 강성중심을 일치시킨다.
아울러, 다음식
Figure pat00004
(Rk,befor는 치환 전 탄성반경, Kt,before는 치환 전 총 병진강성, ki는 치환 전 각각의 면진장치에 해당되는 병진강성, r은 해당 반지름, Rk,after는 치환 후 탄성반경, Kt,after는 치환 후 총 병진강성, kj는 치환 후 각각의 면진장치에 해당되는 병진강성, n은 간략화 전 면진장치의 개수, m은 간략화 후 면진장치의 개수)
에 의하여 탄성반경을 일치시킬 수 있다.
또한, 상기 간략화단계(S10)는
다음식
Figure pat00005
(Mbefore는 치환 전 총 질량, mi는 치환 전 각각의 면진장치에 해당되는 질량 , Mafter는 치환 후 총 질량, mj는 치환 후 각각의 면진장치에 해당되는 질량, n은 간략화 전 면진장치의 개수, m은 간략화 후 면진장치의 개수)
에 의하여, 총 질량을 일치시킨다.
여기서, 총 질량이란 각각의 면진장치(간략화 전)에 해당되는 질량을 모두 합한 값(상부 구조물의 총 질량)을 말하며, 간략화 하고자 하는 면진장치의 수(m)로 총 질량을 나누면 간락화 하고자 하는 각각의 면진장치에 해당되는 질량(mj)을 구할 수 있다. (
Figure pat00006
)
또한, 다음식
Figure pat00007
(CMbefore은 치환 전 질량중심, CMafter은 치환 후 질량중심)
에 의하여, 질량중심을 일치시킨다.
아울러, 다음식
Figure pat00008
(Rm,befor는 치환 전 회전반경, Mbefore는 치환 전 총 질량, ki는 치환 전 각각의 면진장치에 해당되는 질량, r은 해당 반지름, Rm,after는 치환 후 회전반경, Mafter는 치환 후 총 질량, mj는 치환 후 각각의 면진장치에 해당되는 질량, n은 간략화 전 면진장치의 개수, m은 간략화 후 면진장치의 개수)
에 의하여 탄성반경을 일치시킬 수 있다.
다시 말해, 미리 배치된 복수개의 면진장치를 6 개의 변수(상부 구조물의 질량(M), 상부 구조물의 회전반경(Rm), 상부 구조물의 질량중심(CM), 면진장치의 강성(K), 면진장치의 탄성반경(Rk) 및 면진장치의 강성중심(CR))가 일치되도록 간략화 한다.
배치단계(S20)는 상기 간략화단계(S10)에서 간략화된 면진장치를 상부 구조물의 질량중심과 면진장치의 강성중심과 일치하도록 배치한다.
거동파악단계(S30)는 상기 배치단계에서 배치된 간략화된 소수의 면진장치를 각각 모델링하여 상부 구조물의 거동을 파악한다. 여기서, 모델링이란 시뮬레이션을 하기 위한 모델을 만드는 것을 말한다.
상기 거동파악단계(S30)는 내진해석법에 따라 내진해석을 하는 것으로, 내진해석법으로는 등가적정해석법, 동적해석법, 탄성시간이력해석법, 비탄성정적해석법, 비탄성시간이력해석법 등 여러가지 방법이 있고, 일반적으로 동적해석법 중 하나인 모드중첩을 이용하는 응답스펙트럼 해석법(response spectrum)을 많이 사용한다.
모든 물체는 외부에서 충격이 가해지면 진동을 하게 되고 물체의 질량과 단단한 정도(강성)에 따라서 각기 다른 고유진동수를 갖게 된다.
물체의 고유진동수는 저진동수에서 부터 고진동수에 이르기 까지 여러 개가 존재하는데 그 중에서 가장 첫 번째로 나타나는 것을 기본진동수 또는 기본주파수(fundamental frequency)라고 한다.
이 기본진동수는 내진설계와 면진설계, 제진설계시에 가장 중요한 입력값으로, 다음식
Figure pat00009
(물체의 질량을 M(kg), 기둥의 강성을 k(Newton/m)라고 하면 기본진동수 f)에 의해 구할 수 있다. 여기서 진동수 f 의 단위는 헤르츠(Hertz) 또는 싸이클/초(cycle/sec)를 사용한다. 또한, 질량의 단위는 kg 또는 g이고, 무게는 kg중, kgf, N(Newton, 뉴톤)을 사용한다.
구조물의 고유치(eigenvalues)를 해석적으로 계산하는 과정을 고유치 해석(eigenvalue analysis) 또는 모드해석(modal analysis)이라고 한다. 모드해석에서 구한 고유치(eigenvalue)는 고유진동수, 고유벡터(eigenvector)는 고유모드형상의 변위벡터를 의미한다.
여기서 고유진동수와 고유모드형상을 다시 설명하면, 고유모드형상이란 구조물이 주어진 구속조건하에서 자유롭게 변형될 수 있는 형상을 의미하고, 고유진동수란 이 고유모드형상이 단위 시간당 얼마나 빨리 반복되는가를 나타낸다. 고유진동수(단위: 헤르츠, Hz)의 역수를 고유주기(단위: 초, sec)라고 한다.
고유치 해석에서 고유진동수와 고유모드는 낮은 진동수 값이 먼저 구해지고 순차적으로 높은 진동수 값이 구해진다. 또 낮은 진동수에 대응되는 고유모드의 형상은 단순하지만 진동수가 높아질수록 고유모드의 형상이 복잡해진다. 이것은 낮은 고유진동수일수록 물체가 변형되기 쉬운, 즉, 에너지가 적게 소모되는 고유모드 형상을 나타내고 고유진동수가 높아질수록 고유모드의 형상은 변형하기 어려운 형태를 보이기 때문이다. 고유진동수와 고유모드의 개수는 구조물의 자유도와 같다. 일반적으로, 단순한 구조물의 경우는 가장 유연한 방향으로 1차 모드형상이 나타나며 이 첫 번째 모드가 가장 지배적인 모드가 된다.
이상을 요약하면, 고유치 해석(모드해석)은 물체 또는 구조물의 고유진동수와 고유모드형상을 구하는 것으로, 내진해석을 포함한 모든 동적해석에서 가장 먼저 해야 하는 과정이다. 고유치는 해석적인 방법과 실험적인 방법으로 구할 수 있는데, 물체 또는 구조물의 동적 거동을 정확히 얻기 위해서는 고유치를 정확하게 구하는 것이 무엇보다 중요하다.
도 4는 본 발명에 따른 다수의 면진장치의 간략화를 이용하여 다수의 면진장치의 간략화 전과 후의 검증을 수행한 결과를 보여주는 도면으로, 무게중심과 강성중심이 일치하는 모델의 경우, 36개의 면진장치를 4개의 면진장치로 간략화 한 예를 보여주며, 6 개의 변수가 일치되도록 면진장치 36개를 4개로 치환하여 배치하고, 해석을 수행한 결과 x방향 변위, y방향 변위 및 변위와 하중의 관계가 정확하게 일치하는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 다수의 면진장치의 간략화를 이용하여 다수의 면진장치의 간략화 전과 후의 검증을 수행한 결과를 보여주는 도면으로, 무게중심과 강성중심이 일치하지 않는 모델의 경우, 36개의 면진장치를 4개의 면진장치로 간략화 한 예를 보여주며, 6 개의 변수가 일치되도록 면진장치 36개를 4개로 치환하여 배치하고, 해석을 수행한 결과 x방향 변위, y방향 변위 및 변위와 하중의 관계가 유사성이 높다는 것을 알 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법은 상기 거동파악단계에 의하여 파악된 상부 구조물의 거동이 허용변위를 고려하여 적절한지 판단하는 적절성판단단계(S40)를 포함하여 이루어지며, 상기 적절성판단단계(S40)에서 적절하지 않다고 판단될 경우, 상기 배치단계(S20)부터 순차적으로 수행할 수 있다.
다시 말해, 상기 적절성판단단계(S40)에서 상부 구조물의 거동이 적절하지 않을 경우, 면진장치들의 배치를 바꾸고, 상부 구조물의 거동을 파악하여 상부 구조물의 거동이 허용변위를 고려하여 적절하다고 판단되는 결과가 나올 때까지 상기 배치단계(S20)부터 반복 수행 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법은 상기 상부 구조물의 설계가 변경될 경우, 재배치단계(S60) 및 재거동파악단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
재배치단계(S60)는 상기 간략화단계에서 간략화된 소수의 면진장치를 변경된 상부 구조물의 질량중심과 강성중심에 따라 재배치한다.
재거동파악단계(S70)는 상기 재배치단계에서 배치된 간략화된 소수의 면진장치를 각각 모델링하여 전체 구조물의 거동을 파악한다.
다시 말해, 상부 구조물의 설계가 변경될 경우 상부 구조물의 질량(M), 상부 구조물의 회전반경(Rm), 상부 구조물의 질량중심(CM)이 변하게 되므로 이에 따라 간략화된 면진장치를 상부 구조물의 질량중심과 강성중심에 따라 재배치 하여 전체 구조물의 거동을 파악한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
S10 : 간략화단계
S20 : 배치단계
S30 : 거동파악단계
S40 : 적절성판단단계
S60 : 재배치단계
S70 : 재거동파악단계

Claims (5)

  1. 미리 배치된 복수개의 면진장치를 상부 구조물의 질량(M), 상부 구조물의 회전반경(Rm), 상부 구조물의 질량중심(CM), 면진장치의 강성(K), 면진장치의 탄성반경(Rk) 및 면진장치의 강성중심(CR)이 각각 일치되도록 미리 결정된 수의 면진장치로 간략화 하는 간략화단계(S10)
    상기 간략화단계(S10)에서 간략화된 면진장치를 상부 구조물의 질량중심과 면진장치의 강성중심과 일치하도록 배치하는 배치단계(S20); 및
    상기 배치단계에서 배치된 간략화된 소수의 면진장치를 각각 모델링하여 상부 구조물의 거동을 파악하는 거동파악단계(S30);
    를 포함하는 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 간략화단계(S10)는
    다음식
    Figure pat00010

    (Kt,before는 치환 전 총 병진강성, ki는 치환 전 각각의 면진장치에 해당되는 병진강성, Kt,after는 치환 후 총 병진강성, kj는 치환 후 각각의 면진장치에 해당되는 병진강성, n은 간략화 전 면진장치의 개수, m은 간략화 후 면진장치의 개수)
    에 의하여, 총 병진강성을 일치시키고,
    다음식
    Figure pat00011

    (CRbefore은 치환 전 강성중심, CRafter은 치환 후 강성중심)
    에 의하여, 강성중심을 일치시키며,
    다음식
    Figure pat00012

    (Rk,befor는 치환 전 탄성반경, Kt,before는 치환 전 총 병진강성, ki는 치환 전 각각의 면진장치에 해당되는 병진강성, r은 해당 반지름, Rk,after는 치환 후 탄성반경, Kt,after는 치환 후 총 병진강성, kj는 치환 후 각각의 면진장치에 해당되는 병진강성, n은 간략화 전 면진장치의 개수, m은 간략화 후 면진장치의 개수)
    에 의하여 탄성반경을 일치시키는 것을 특징으로 하는 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 간략화단계(S10)는
    다음식
    Figure pat00013

    (Mbefore는 치환 전 총 질량, mi는 치환 전 각각의 면진장치에 해당되는 질량 , Mafter는 치환 후 총 질량, mj는 치환 후 각각의 면진장치에 해당되는 질량, n은 간략화 전 면진장치의 개수, m은 간략화 후 면진장치의 개수)
    에 의하여, 총 질량을 일치시키고,
    다음식
    Figure pat00014

    (CMbefore은 치환 전 질량중심, CMafter은 치환 후 질량중심)
    에 의하여, 질량중심을 일치시키며,
    다음식
    Figure pat00015

    (Rm,befor는 치환 전 회전반경, Mbefore는 치환 전 총 질량, ki는 치환 전 각각의 면진장치에 해당되는 질량, r은 해당 반지름, Rm,after는 치환 후 회전반경, Mafter는 치환 후 총 질량, mj는 치환 후 각각의 면진장치에 해당되는 질량, n은 간략화 전 면진장치의 개수, m은 간략화 후 면진장치의 개수)
    에 의하여 탄성반경을 일치시키는 것을 특징으로 하는 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 면진해석모델의 간략화를 이용한 모델링 방법은
    상기 거동파악단계에 의하여 파악된 상부 구조물의 거동이 허용변위를 고려하여 적절한지 판단하는 적절성판단단계(S40);를 포함하여 이루어지며,
    상기 적절성판단단계에서 적절하지 않다고 판단될 경우, 상기 배치단계(S20)부터 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 구조물의 설계가 변경될 경우, 상기 간략화단계에서 간략화된 소수의 면진장치를 변경된 상부 구조물의 질량중심과 강성중심에 따라 재배치하는 재배치단계(S60); 및
    상기 재배치단계에서 배치된 간략화된 소수의 면진장치를 각각 모델링하여 전체 구조물의 거동을 파악하는 재거동파악단계(S70);
    를 포함하는 면진해석을 위한 간략화된 모델링 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106777781A (zh) * 2017-01-11 2017-05-31 江铃汽车股份有限公司 隔振件的隔振性能分析方法、刚度确定方法及装置
CN111222262A (zh) * 2019-10-30 2020-06-02 中国中元国际工程有限公司 基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106777781A (zh) * 2017-01-11 2017-05-31 江铃汽车股份有限公司 隔振件的隔振性能分析方法、刚度确定方法及装置
CN106777781B (zh) * 2017-01-11 2020-03-27 江铃汽车股份有限公司 隔振件的隔振性能分析方法、刚度确定方法及装置
CN111222262A (zh) * 2019-10-30 2020-06-02 中国中元国际工程有限公司 基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法
CN111222262B (zh) * 2019-10-30 2023-09-29 中国中元国际工程有限公司 基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法

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