KR20220131619A - 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 데이터 수집부가 외부로부터 발생된 진동 주파수와 진동 주파수에 대한 응답 주파수로 주파수 응답 함수(FRF; Frequency Response Function)를 연산하여 도출된 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터를 수집하고, 모델 생성부가 상기 수집된 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터로 캐비닛 내부에 구비된 물체에 대한 동적 모델을 생성하며, 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출부가 상기 생성된 동적 모델에 대한 진동 주파수의 진동수별 응답 스펙트럼을 도출하고 도출된 각각의 진동수별 응답 스펙트럼을 제곱하여 더한 값의 제곱근(SRSS; Square Root of Sum of Squares)으로 조합하여 캐비닛 내부 응답 스펙트럼(ICRS; In-Cabinet Response Spectrum)을 도출하는 구성으로 캐비닛 내부에 구비된 물체의 주기적인 점검 및 교체에 따른 내진 검증의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템 및 방법{IN-CABINET RESPONSE SPECTRUM EXTRACTION SYSTEM AND METHOD USING PORTABLE VIBRATOR}
본 발명은 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 발전소의 캐비닛 내부에 구비되는 기기들의 내진 안전성의 확보가 가능하도록 한 기술에 관한 것이다.
발전소에는 전력을 생산하기 위한 설비들과 이를 구동하기 위한 장치들이 구비되어 있다. 이러한 설비들은 지진이 발생하더라도 정상적으로 작동하도록 건물 및 구조물에 대한 내진 설계가 완벽히 이루어져야 한다.
특히, 발전소 중 원자력 발전소에 구비되는 캐비닛과 캐비닛 내부에 구비되는 전자기기에 대해서도 내진 설계가 완벽히 이루어 져야하며, 내진 검증을 통해 구조물에 대한 안전성이 확보되어야 한다. 또한, 시간이 지남에 따라 오래된 부품의 교체나 파손에 의해 부품 교체를 진행할 경우 내진 성능을 재평가할 필요가 있다.
캐비닛에 대한 내진 성능을 평가하기 위해 지진 시험을 진행하거나 진동에 대한 응답 스펙트럼을 통하여 내진 성능이 평가될 수 있다. 이를 위해 캐비닛 내부에 구비되는 물체에 대한 동적 특성이 고려되며, 물체의 동적 특성을 고려한 모델 해석을 수행하고 있다.
그러나, 캐비닛 내에 구비된 물체에 대한 질량과 강성의 부정확한 정보로 인해 해석이 용이하지 못하며, 정확한 동적 특성을 확보하더라도 부품 또는 장비의 변형 및 교체로 달라진 부품 및 장비에 대한 동적 특성을 고려하기 어려운 문제가 있어 이를 해결하기 위한 기술 개발이 시급하다.
본 발명은, 내부에 구비되는 물체에 따른 진동 주파수로 내진시험 및 지진해석이 가능한 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템은 외부로부터 발생된 진동 주파수와 진동 주파수에 대한 응답 주파수로 주파수 응답 함수(FRF; Frequency Response Function)를 연산하여 도출된 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 상기 수집된 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터로 캐비닛 내부에 구비된 물체에 대한 동적 모델을 생성하는 모델 생성부; 및 상기 생성된 동적 모델에 대한 진동 주파수의 진동수별 응답 스펙트럼을 도출하고 도출된 각각의 진동수별 응답 스펙트럼을 제곱하여 더한 값의 제곱근(SRSS; Square Root of Sum of Squares)으로 조합하여 캐비닛 내부 응답 스펙트럼(ICRS; In-Cabinet Response Spectrum)을 도출하는 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 진동 주파수는 1Hz ~ 50 Hz까지 1/3 옥타브(octave)의 간격의 정현파일 수 있다.
바람직하게는, 상기 모델 생성부는 진동 주파수의 진동수별 가속도응답으로 물체의 고유 특성 정보를 생성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 물체의 고유 특성 정보는 물체의 경도, 탄성도, 강성, 질량, 및 고유 진동수 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 방법은 외부로부터 발생된 진동 주파수와 진동 주파수에 대한 응답 주파수로 주파수 응답 함수를 연산하는 연산 단계; 상기 연산된 주파수 응답 함수로부터 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터가 도출되는 데이터 도출 단계; 상기 도출된 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터로 캐비닛 내부에 구비된 물체에 대한 동적 모델이 생성되는 모델 생성 단계; 상기 생성된 동적 모델에 대한 진동 주파수의 진동수별 응답 스펙트럼이 도출되는 응답 스펙트럼 도출 단계; 및 상기 도출된 진동수별 응답 스펙트럼을 제곱하여 더한 값의 제곱근으로 조합하여 캐비닛 내부 응답 스펙트럼이 도출되는 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 주기적인 점검 및 교체에 따른 내진 검증의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼을 도출하는 환경을 계략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼을 도출하는 프로세스를 계략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템 장치의 구성도이다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙드럼 도출 시스템 장치의 구성은 데이터 수집부(100), 모델 생성부(300), 및 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출부(500)를 포함할 수 있다.
데이터 수집부(100)는 외부로부터 발생된 진동 주파수와 진동 주파수에 대한 응답 주파수로 주파수 응답 함수(FRF; Frequency Response Function)를 연산하여 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터를 도출할 수 있다. 여기서, 진동 주파수는 1Hz ~ 50 Hz까지 1/3 옥타브(Octave)의 간격의 정현파일 수 있다.
여기서, 주파수 응답 함수(FRF)는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서,
Figure pat00002
은 힘이고,
Figure pat00003
은 변위이며,
Figure pat00004
는 힘과 변위에 의해 정해지는 함수이며,
Figure pat00005
는 radian/sec이다. 주파수 응답 함수는 구조가 입력 유닛 당 출력에서 얼마나 많은 변위, 속도, 및 가속도 응답을 갖는지를 측정하는 것이다. 따라서,
Figure pat00006
는 입력하중에 따라 응낙(Compliance), 유동성(Mobility), 불활성(Inertance), 수용(Receptance), 동적 강성(Dynamic Stiffness), 임피던스(Impedance), 및 동적 질량(Dynamic Mass)로 변형될 수 있다.
이때, 캐비닛의 질량과 강성 및 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량과 강성을 고려하기 위해 동적 질량과 동적 강성을 도출할 수 있으며, 동적 질량과 강성은 다음과 같은 관계로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00007
Figure pat00008
수학식 2에서, Compliance와 Inertance는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00009
Figure pat00010
수학식 3에서, Compliance는 변위를 힘으로 나눈 값이고, Inertance는 가속도를 힘으로 나눈 값이다. 따라서, 물질의 질량과 강성은 변위, 힘, 가속도에 의해 결정될 수 있다.
모델 생성부(300)는 상기 도출된 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터로 캐비닛 내부에 구비된 물체에 대한 동적 모델을 생성할 수 있다. 여기서, 진동 주파수의 진동수별 가속도응답으로 물체의 고유 특성 정보를 생성할 수 있다. 이때, 물체의 고유 특성 정보는 물체의 경도, 탄성도, 강성, 질량, 및 고유 진동수 중 적어도 하나일 수 있다.
캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출부(500)는 상기 생성된 동적 모델에 대한 진동 주파수의 진동수별 응답 스펙트럼을 도출하고 도출된 각각의 진동수별 응답 스펙트럼을 제곱하여 더한 값의 제곱근(SRSS; Square Root of Sum of Squares)으로 조합하여 캐비닛 내부 응답 스펙트럼(ICRS; In-Cabinet Response Spectrum)을 도출할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼을 도출하는 환경을 계략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼을 도출하는 환경은 휴대용 가진기(10)를 이용하여 캐비닛과 캐비닛 내부에 구비된 물체에 진동 주파수를 발생시킬 수 있고, 발생된 진동주파수를 가속도 센서(20)에서 감지할 수 있다. 가속도 센서(20)는 캐비닛 외부에 다수개 구비될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼을 도출하는 프로세스를 계략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 프로세스는 휴대용 가진기(10)에서 발생된 1Hz ~ 50 Hz까지 1/3 옥타브 간격의 정현파인 진동 주파수와 진동 주파수에 대한 응답 주파수를 주파수 응답 함수에 적용하여 진동 주파수의 진동수별 캐비닛 내부에 구비된 물체에 대한 응답 스펙트럼을 도출할 수 있고, 도출된 응답 스펙트럼을 제곱하여 더한 후 제곱근의 값으로 도출될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 방법은 연산 단계(S100), 데이터 도출 단계(S300), 모델 생성 단계(S500), 응답 스펙트럼 도출 단계(S700), 및 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 단계(S900)를 포함할 수 있다.
연산 단계(S100)는 외부로부터 발생된 진동 주파수와 진동 주파수에 대한 응답 주파수로 주파수 응답 함수를 연산할 수 있다.
데이터 도출 단계(S300)는 상기 연산된 주파수 응답 함수로부터 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터가 도출될 수 있다.
모델 생성 단계(S500)는 상기 도출된 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터로 캐비닛 내부에 구비된 물체에 대한 동적 모델이 생성될 수 있다.
응답 스펙트럼 도출 단계(S700)는 생성된 동적 모델에 대한 진동 주파수의 진동수별 응답 스펙트럼을 도출할 수 있다.
캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 단계(S900)는 도출된 진동수별 응답 스펙트럼을 제곱하여 더한 값의 제곱근으로 조합하여 캐비닛 내부 응답 스펙트럼이 도출될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
10: 휴대용 가진기 20: 가속도 센서
100: 데이터 수집부 300: 모델 생성부
500: 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출부

Claims (5)

  1. 외부로부터 발생된 진동 주파수와 진동 주파수에 대한 응답 주파수로 주파수 응답 함수(FRF; Frequency Response Function)를 연산하여 도출된 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
    상기 수집된 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터로 캐비닛 내부에 구비된 물체에 대한 동적 모델을 생성하는 모델 생성부; 및
    상기 생성된 동적 모델에 대한 진동 주파수의 진동수별 응답 스펙트럼을 도출하고 도출된 각각의 진동수별 응답 스펙트럼을 제곱하여 더한 값의 제곱근(SRSS; Square Root of Sum of Squares)으로 조합하여 캐비닛 내부 응답 스펙트럼(ICRS; In-Cabinet Response Spectrum)을 도출하는 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출부를 포함하는 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동 주파수는 1Hz ~ 50 Hz까지 1/3 옥타브(octave)의 간격의 정현파인 것을 특징으로 하는 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모델 생성부는 진동 주파수의 진동수별 가속도응답으로 물체의 고유 특성 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 물체의 고유 특성 정보는 물체의 경도, 탄성도, 강성, 질량, 및 고유 진동수 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 시스템.
  5. 외부로부터 발생된 진동 주파수와 진동 주파수에 대한 응답 주파수로 주파수 응답 함수를 연산하는 연산 단계;
    상기 연산된 주파수 응답 함수로부터 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터가 도출되는 데이터 도출 단계;
    상기 도출된 주파수 감쇠 데이터, 캐비닛의 질량 및 강성 데이터, 캐비닛 내부에 구비된 물체의 질량 및 강성 데이터로 캐비닛 내부에 구비된 물체에 대한 동적 모델이 생성되는 모델 생성 단계;
    상기 생성된 동적 모델에 대한 진동 주파수의 진동수별 응답 스펙트럼이 도출되는 응답 스펙트럼 도출 단계; 및
    상기 도출된 진동수별 응답 스펙트럼을 제곱하여 더한 값의 제곱근으로 조합하여 캐비닛 내부 응답 스펙트럼이 도출되는 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 단계를 포함하는 캐비닛 내부 응답 스펙트럼 도출 방법.

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