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무하마드 무자밀 아자드,김도훈,살만 칼리드,김흥수 한국전산구조공학회 2021 한국전산구조공학회논문집 Vol.34 No.6
COVID-19 대유행으로 인해 병원, 진료소, 검역소 및 의료 연구 기관을 포함한 의료 시설에서 매일 수많은 의료 폐기물이 발생함에 따라 의료폐기물 처리가 심각한 문제가 되고 있다. 이전에는 전통적인 소각방법이 사용되었지만 매립지 부족 및 관련 환경 문제로 인 해 공중 보건이 위험에 처해 있다. 이런 문제를 극복하기 위해 멸균분쇄용 파쇄기를 개발하였다. 본 연구에서는 유해 및 감염성 의료폐 기물에 대한 작동 성능을 결정하기 위해 분쇄용 파쇄 시스템의 설계 및 수치해석을 수행하였다. 파쇄기의 부품은 CAD 소프트웨어를 이용하여 모델링하였으며, ABAQUS를 사용하여 유한요소해석을 수행하였다. 정적, 동적 및 피로하중 조건 하에서 파쇄기 절단 날의 해석을 수행하였으며, 의료 폐기물을 분쇄하는데 필요한 절단력을 기반으로 절단 날의 형상이 효과적임을 입증하였다. 모달 해석을 통해 구조물의 동적 안정성을 검증하였다. 또한, 절단 날의 수명을 예측하기 위해 고주기 피로해석을 통해 S-N 선도를 생성하였다. 이 를 통해 적절한 분쇄용 파쇄 시스템이 멸균 장치와 통합되도록 설계하여 의료 폐기물의 양과 처리 시간을 줄임으로써 환경 문제와 잠 재적인 건강 위험을 극복하는 방안을 제시하였다. Medical waste management is becoming increasingly important, specifically in light of the current COVID-19 pandemic, as hospitals, clinics, quarantine centers, and medical research institutes are generating tons of medical waste every day. Previously, a traditional incineration process was utilized for managing medical waste, but the lack of landfill sites, and accompanying environmental concerns endanger public health. Consequently, an innovative sterilization shredding system was developed to resolve this problem. In this research, we focused on the design and numerical analysis of a shredding system for hazardous and infectious medical waste, to establish its operational performance. The shredding machine's components were modeled in a CAD application, and finite element analysis (FEA) was conducted using ABAQUS software. Static, fatigue, and dynamic loading conditions were used to analyze the structural stability of the cutting blade. The blade geometry proved to be effective based on the cutting force applied to shred medical waste. The dynamic stability of the structure was verified using modal analysis. Furthermore, an S-N curve was generated using a high cycle fatigue study, to predict the expected life of the cutting blade. Resultantly, an appropriate shredder system was devised to link with a sterilization unit, which could be beneficial in reducing the volume of medical waste and disposal time, thereof, thus eliminating environmental issues, and potential health hazards.
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대리 모델을 이용한 의료폐기물 멸균분쇄용 파쇄기의 민감도 해석
김도훈,무하마드 무자밀 아자드,살만 칼리드,김흥수 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集A Vol.47 No.1
Medical waste has been excessively generated in various medical facilities due to COVID-19, and its treatment has become an important concern. Previously, an optimized medical waste sterilization and shredding system was developed for hospital scale but due to increased demand, it is necessary to scale such a system for different facilities. Therefore, in this paper, a sensitivity analysis for the design variables of the shredding system has been conducted and a surrogate model is developed for stress estimation. The surrogate model was generated using LHS (Latin hypercube sampling), which can represent the overall information of the design domain with a limited number of samples. The surrogate model was then used to increase the number of samples for sensitivity analysis which helped in reducing the computational time for finite element analysis. The sensitive variables for the shredder system were then estimated using sensitivity analysis. Consequently, an efficient design framework for various capacities of medical waste shredder was suggested using sensitivity analysis and a data-driven surrogate model. COVID-19로 인하여 각종 의료시설에서 많은 의료폐기물이 발생했고 의료폐기물의 처리방법이 중요해졌다. 기존 병원 규모에 최적화된 의료폐기물 멸균 및 파쇄 시스템을 개발하였지만, 다양한 스케일의 시스템 설계가 필요하다. 본 논문에서는 파쇄기의 설계 변수에 대한 민감도 분석을 수행하고 응력 추정을 위한 대리 모델을 개발했다. 대리 모델은 설계 영역에 대한 전반적인 정보를 적은 수의 표본으로 나타낼 수 있는 라틴 하이퍼큐브 샘플링을 이용하여 생성했다. 반응 표면 대리 모델을 사용하여 민감도 분석에 필요한 표본의 개수를 증가시켰다. 대리 모델을 도입함으로써 유한요소 해석에 소요되는 시간을 줄였다. 민감한 변수는 민감도 분석을 통해 선별했다. 결과적으로 민감도 분석과 데이터 기반 대리 모델을 통하여 다양한 용량을 가진 의료폐기물 파쇄기의 효율적인 설계 방안을 제안했다.
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