소형지주에 충돌하는 차량의 속도변화 산정방법과 영향인자

고만기,김기동,전성민,성정곤 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.08 No.04

Breakaway 단부장치 설계에 중요한 요소가 충돌 차량의 속도변화이다. 이는 충돌실험이나 3차원 유한요소 해석을 통해서 구할 수 있으나 에너지와 운동량 보존의 법칙을 이용하여 비교적 간단하게 계산할 수도 있다. 본 논문에서는 에너지와 운동량 보존의 법칙에 기초한 지주와 소형차 충돌 시 속도변화를 계산하는 식을 유도하였다. 이를 이용한 민감도 분석을 통하여 지주단부의 분리하중, 파괴에너지, 차량의 강도 와 충돌속도가 소형지주에 충돌하는 차량의 속도변화에 미치는 영향을 파악하였다. 이를 통하여 지주 단부가 기초에 고정된 정도를 나타내는 분리력 및 분리파괴에너지(Breakaway Fracture Energy)가 클수록 속도변화가 크다는 것과 충돌속도의 크기가 작을수록 속도변화가 크다는 것을 보여주었다. Important factor in designing a breakaway sign support is the velocity change of the impact vehicle. It is measured from the crash test or can be calculated by 3-D Finite Element Analysis. It can also be calculated with relative ease utilizing energy and momentum conservation. In this paper formula to calculate the velocity change of a car during the time of impact against a small sign is derived utilizing the energy and momentum balance. Using the formula, parametric studies were conducted to find that impact speed, separation force and Breakaway Fracture Energy(BFE) of the posts which represent the degree of fixedness to the foundation are the important factor to vehicle's speed change. It is shown that speed change is larger in the lower speed impact and to the posts with large separation force and BFE.

소형지주에 충돌하는 차량의 속도변화 산정방법과 영향인자

고만기,김기동,전성민,성정곤,Ko, Man-Gi,Kim, Kee-Dong,Jun, Sung-Min,Sung, Jung-Gon 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.8 No.4

Important factor in designing a breakaway sign support is the velocity change of the impact vehicle. It is measured from the crash test or can be calculated by 3-D Finite Element Analysis. It can also be calculated with relative ease utilizing energy and momentum conservation. In this paper a formula to calculate the velocity change of a car during the time of impact against a small sign is derived utilizing the energy and momentum balance. Using the formula, parametric studies were conducted to find that impact speed, separation force and Breakaway Fracture Energy(BFE) of the posts which represent the degree of fixedness to the foundation are the important factor to vehicle's speed change. It is shown that speed change is larger in the lower speed impact and to the posts with large separation force and BFE. Breakaway 단부장치 설계에 중요한 요소가 충돌 차량의 속도변화이다. 이는 충돌실험이나 3차원 유한요소 해석을 통해서 구할 수 있으나 에너지와 운동량 보존의 법칙을 이용하여 비교적 간단하게 계산할 수도 있다. 본 논문에서는 에너지와 운동량 보존의 법칙에 기초한 지주와 소형차 충돌 시 속도변화를 계산하는 식을 유도하였다. 이를 이용한 민감도 분석을 통하여 지주 단부의 분리하중, 파괴에너지, 차량의 강도 와 충돌속도가 소형지주에 충돌하는 차량의 속도변화에 미치는 영향을 파악하였다. 지주 단부가 기초에 고정된 정도를 나타내는 분리력 및 분리파괴에너지(Breakaway Fracture Energy)가 클수록 속도변화가 크고 충돌속도의 크기가 작을수록 속도변화가 크게 나타났다.

분리식 지주 단부장치에 이용되는 인덴티드 타입 볼트의 분리파괴에너지

고만기,김기동,전성민,성정곤 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.08 No.04

Breakaway support for small signs of size 0.293㎡~0.360㎡ using indented tube type bolt of D12mm with 6mm inner diameter has been developed and the structural strength of the support system for the wind load was verified through static shear and tension tests. One important value in understanding the dynamic behavior of sign post and impact vehicle is the fracture energy of the sign support. In this study, fracture energy needed to break the sign support was estimated by pendulum test and computer simulation using LS-DYNA program. Support system composed of 3 indented bolts was found to sustain the 43.1kg~51.2kg wind load safely. Fracture energy for one indented bolt was measured as 163.3J from the pendulum test, and was calculated as 153J from the LS-DYNA simulation. The closeness between these two values verified the validity of the simulation model. 본 연구는 면적 0.293㎡~0.360㎡의 소형표지판용 지주의 풍하중에 대한 구조적 안정성을 유지하면서도 작은 충돌에도 분리가 일어나도록 고안된 내경 6mm의 D12mm 중공형 인덴티드 볼트를 이용한 소형지주용 브레이크어웨이 단부장치의 구조적 안전성을 정적 전단 및 인장실험으로 입증하고 동적특성을 이해하는데 기본이 되는 인덴티드 볼트의 분리 파괴에너지를 펜듈럼실험과 비선형 동적해석 프로그램인 LS-DYNA 프로그램을 이용하여 구하고 두 가지 방법을 비교한 것이다. 인덴티드 볼트 3개로 이루어진 단부장치는 풍하중 43.1kg∼51.2kg를 충분히 지지할 수 있는 것으로 나타났으며 인덴티드 볼트 1개 당 파괴에너지는 펜듈럼 실험값이 163.3J, 시뮬레이션 값이 153J로 유사하게 계산 되어 모델의 유효성이 확인 되었다.

시뮬레이션을 통한 강결된 원형지주의 정면충돌에 대한 위험도 및 분리식 지주의 효과 분석

고만기,김기동,김경주,성정곤,윤덕근 한국도로학회 2010 한국도로학회논문집 Vol.12 No.4

Post release mechanism is generally used to reduce the severity of the occupant of an errant vehicle impacting a roadside posts. The 820kg-50km/h head-on impact simulations were made using LS-DYNA program for the posts of 101.6mm Dia(t=4.0mm) with and without clip-type release mechanism. The simulation result was compared with impact test result to enhance the credibility of simulation model. The study shows that the high impact severity (THIV, PHD) and excessive deformation threatens the safety of the occupant when a car impacts a rigidly connected posts, while a post with clip-type slip base reduce the impact severity to a safe level. 차선을 벗어난 승용차가 기초에 강결된 표지판 지주에 충돌할 경우 차량이 받는 충격과 변형은 탑승자의 안전을 위협하게 되므로 분리지주를 쓰는 것이 일반적이다. 국도에서 1200mm×1200mm의 단일노선표지에 사용되는 직경 101.6mm, 두께 4.0mm의 강관지주가 기초에 강결되었을 때와 Clip형 분리장치를 갖는 경우에 대한 820kg-50kg-정면 충돌 시 차량과 지주의 거동을 LS-DYNA 시뮬레이션을 통하여 비교 분석하였다. 분리식 지주 충돌 시뮬레이션 결과는 동일한 조건의 충돌실험 결과와 비교하여 신뢰도를 높였다. 강결된 원형지주에 대한 충돌 시뮬레이션 결과 탑승자 안전지수(THIV, PHD)와 차량의 변위가 탑승자의 안전을 위협하는 수준으로나타났으나 Clip형 분리장치를 갖는 지주에 대한 충돌 시뮬레이션 결과 충돌 시 지주의 분리로 감속도가 현저히 줄어들어 안전한 것으로 확인되었다.

노측용가드레일 충돌 시 연석의 영향을 고려하기 위한 시뮬레이션 데이터의 중첩

고만기,홍성욱,김기동,Ko,Man-Gi,Hong,Seong-Uk,Kim,Kee-Dong 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.1

국내 도심지 도로나 국도, 고속도로의 대부분 구간에 설치된 노측용가드레일은 연석의 뒤에 이격 설치된 경우가 많다. 이러한 구간에서 차량이 베리어와 충돌할 때 연석의 형태와 차량의 충돌속도 및 각도에 따라 차량이 크게 요동친 후 베리어에 충돌하므로 차량과 베리어의 초기 충돌 조건이 평지에서 실시되는 베리어의 성능검증을 위한 충돌시험과 다르게 되어 탑승자 안전도 및 차량거동이 변하게 된다. 국내에서는 연석 없이 평지실험을 통과한 가드레일이 대부분 연석 뒤에 이격 시공되어 왔기 때문에 연석으로부터 이격 설치된 가드레일에 충돌하는 경우와 연석 없이 평지에 설치된 가드레일에 충돌하는 경우 차량의 거동과 탑승자 안전도 측면에 어떠한 차이가 있는지 검토와 대책이 필요하다. 본 연구에서는 LS-DYNA프로그램을 이용하여 평지에 설치된 가드레일에 대한 충돌, 연석에 대한 충돌, 연석 뒤에 이격 설치된 가드레일에 대한 충돌시뮬레이션을 실시하고 이로부터 연석에 대한 충돌 데이터와 연석 없는 평지에 설치된 가드레일에 충돌하는 충돌 데이터를 중첩하여 연석 뒤에 이격시공 된 베리어 충돌에 대한 추정데이터를 만들고 이를 연석 뒤에 이격 시공된 가드레일에 충돌하는 차량의 데이터와 비교 분석하여 추정데이터의 타당성을 논의하였다. Most of the domestic urban streets, arterial roads and highways have roadside guardrail with curbs in front. In the area, when a car leaves traffic lane, the car will hit the curb first subsequently hitting the guardrail with very unstable turbulence caused by the prior curb hit resulting in very different vehicle motion and passenger safety compared with the same impact but to a fence installed without curb in front. Since safety fences in Korea are impact tested without curb but installed with curb on the road, differences in vehicle motion and passenger safety those two fences make need to be studied and measure to reduce the gap between the two different installation conditions have to be sought out. For that end, LS-DYNA simulations are made for an impact to safety fence installed without curb, impact to elevated sidewalk with curb, impact to safety fence installed offset backward from roadside curb are made. Then, estimation of vehicle data for the impacts to safety fence with curb by superimposing vehicle data of impact to fence without curb upon that of impact to elevated sidewalk with curb. The estimation by superposing two impact data is compared with the data of impact to safety fence with curb in front, and acceptability of the estimation method is discussed.

Impact Performance of High Grade Steel Barrier for Hazardous Area and Strengthening Method

고만기,김기동,Ko, Man Gi,Kim, Kee Dong Korean Society of Steel Construction 2001 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.13 No.4

최근 고속도로와 철도가 평행하게 달라는 경우와 같은 특정위험구간에 안정성과 동시에 좋은 시야를 확보하기 위하여 다양한 철제 베리어가 제안되어 설치되고 있다. 그러나 이러한 베리어 중에서 어느 것도 국내의 충돌조건 $14tonf-80km/h-15^{\circ}$ 을 만족시키는지 확실하게 검증된바가 없기 때문에 본 연구에서는 베리어 예비설계에 가장 많이 사용되고 있는 Barrier VII프로그램을 사용하여 이러한 철재 베리어의 충돌거동을 조사하였다. 해석결과 조사된 베리어 모두 필요한 강성을 발현하지 못하였고 유형 C베리어의 강성이 상대적으로 우수하였다. 따라서, 기 시공된 유형 C 가드레일을 보강하기 위한 방안을 실험적으로 검토하였고 지주에 콘크리트를 부분적으로 보강하는 방법이 충돌조건을 효율적으로 만족시킬 수 있음을 확인하였다. To secure good visibility various steel flexible barriers were introduced and constructed in the area where a highway runs in parallel with a railroad. However, none of the flexible barriers was proven to satisfy the performance criteria for the impact condition of $14tonf-80km/h-15^{\circ}$ set forth by Korea design guide. Thus, in this study, the impact performance of the flexible barriers was investigated by using Barrier VII program, which was most widely used for the preliminary design of barriers. From the analytical results, it has been found that none of the barriers satisfied the stiffness requirement while the Type C barrier showed stiffer behavior than the others. Thus, the way to strengthen the installed Type C barrier was experimentally investigated. The method of partially filling concreter inside the pst was efficient to satisfy the performance criteria for the impact condition of $14tonf-80km/h-15^{\circ}$.

Olson모델과 Plastic Failure Mechanism을 이용한 연성베리어 설계

고만기,김기동,우광성 한국도로학회 2004 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2004 No.10

클립형 단부분리장치를 갖는 지주의 측면충돌 시 충격완화효과

고만기,김기동,김경주,성정곤,윤덕근 한국도로학회 2010 한국도로학회논문집 Vol.12 No.4

When a rigid post is exposed to traffic, it is hazardous not only to head-on impacts but also to side impacts. Clip-type slip base is an effective measure to reduce the severity of head-on impacts and side impacts as well because of its multi-directional release mechanism. Side impact tests were conducted and the results were analysed to demonstrate the hazardousness of a rigid post to a side impact and the crash worthiness of a post having clip-type slip base. For that, side impact test standard was made adapting the NCHRP Report 350, and 820kg-50km/h side impact tests were made for posts of D101.6mm(t=4.2mm) with and without slip base. Additionaly, 35km/h side impact to the same post with slip base was conducted to check whether the clip-type slip base release mechanism works properly to the low impact speed . The tests revealed that the rigidly connected post was very hazardous to side impact while the post with the clip-type slip base reduced the impact severity tremendously. 기초에 강결되어 도로변에 노출된 각종 지주는 정면충돌 뿐 아니라 측면충돌에 특히 위험하다. 클립형 단부분리장치를 갖는 지주는정면충돌에 효과적이고 다방향으로 분리가 가능하기 때문에 측면충돌에도 효과적이다. 본 논문은 강결된 지주의 측면충돌에 대한 위험성을 보이고 클립형 단부분리장치를 갖는 지주의 충격완화 효과를 보이기 위하여 측면충돌실험을 실시하고 그 결과를 분석 정리한것이다. 이를 위하여 미국의 NCHRP Report 350을 기반으로 측면충돌의 기준을 제시하고 D101.6mm(t=4.2mm)의 지주가 강결된경우와 클립형 단부분리장치로 연결된 경우에 대하여 820kg의 소형차로 충돌속도 50km/h의 측면충돌실험을 실시하였고 단부장치의 저속분리가 가능한가를 35km/h의 측면충돌실험으로 확인하였다. 강결지주는 차량의 과다한 변형 및 전복, 안전지수 측면에서 측면충돌에 치명적이지만 클립형 단부분리장치로 기초에 연결된 경우 충돌피해를 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

EPS[Expanded Polystyrene] 블록의 충격특성에 관한 연구

고만기,김기동,성정곤,김진만 한국도로학회 2004 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2004 No.10

General Relation between Safety Indices and Structural Stiffness of a Flexible Barrier System

고만기,김기동 대한토목학회 2009 KSCE JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING Vol.13 No.5

Preliminary design of a flexible barrier system requires understanding in structural strength of the barrier and occupant safety of the design vehicle. Parametric study to find a relation between structural stiffness and safety indices which are specified in NCHRP Repot 350 are made using sine curve approximation for acceleration of vehicle impacting to flexible barrier with various impact speeds. It is found that influencing factors to the safety index are the secondary impact time and the amplitude of the assumed acceleration curve at the rebound phase. The acceleration of two extreme cases of elastic and perfectly plastic impacts with varying impact speeds and specific stiffness are analyzed for the safety indices and the relations between structural stiffness, impact time and safety indices are presented. Preliminary design of a flexible barrier system requires understanding in structural strength of the barrier and occupant safety of the design vehicle. Parametric study to find a relation between structural stiffness and safety indices which are specified in NCHRP Repot 350 are made using sine curve approximation for acceleration of vehicle impacting to flexible barrier with various impact speeds. It is found that influencing factors to the safety index are the secondary impact time and the amplitude of the assumed acceleration curve at the rebound phase. The acceleration of two extreme cases of elastic and perfectly plastic impacts with varying impact speeds and specific stiffness are analyzed for the safety indices and the relations between structural stiffness, impact time and safety indices are presented.