우주발사체용 복합재 산화제탱크 구조 강건성 검증을 위한 정하중 시험

김현기,김성찬 항공우주시스템공학회 2021 항공우주시스템공학회지 Vol.15 No.5

This study presented the results of the static load tests conducted to verify the structural robustness of the composite oxidant tank for a space launch vehicle. First, we introduced the test equipment used in the static load test of the composite oxidant tank, and then described the test requirements that the composite oxidant tank must satisfy. In addition, we presented a test set-up diagram consisting of the static load test fixture, hydraulic pressure, control equipment, and data acquisition equipment, and the load profile of the static load test of the composite oxidant tank consisting of shear, equivalent compression, bending, and combination tests. As a result of load control, we verified the reliability of this test by showing the errors between the input load and the feedback load in each channel according to the increase of the test load, and the feedback error between the channel A and channel B of load cell in each load actuator. As a result of the static load test, the load of the actuator was properly controlled within the allowable error range in each test, and we found that the test specimen did not cause damage or buckling that causes significant structural defects in the required load. 본 연구에서는 우주발사체용 복합재 산화제탱크의 구조 강건성을 검증하기 위해 수행된 정하중시험 결과를 제시하였다. 먼저, 복합재 산화제탱크 정하중시험에 사용된 시험장비를 소개하고, 복합재 산화제탱크가 만족해야 하는 시험 요구도를 설명하였다. 그리고, 정하중 시험치구, 유압, 제어장비, 데이터획득장비로 구성되는 시험셋업 구성도를 제시하였고, 전단, 등가압축, 굽힘, 조합시험으로 구성된 복합재 산화제탱크 정하중 시험의 하중 프로파일을 제시하였다. 하중 제어의 결과로 시험하중 증가에 따른 각 하중부과기에서 입력하중과 출력하중 사이의 오차와 각 로드셀 A와 b 채널사이의 오차를 제시하여 본 시험의 신뢰성을 확인하였다. 정하중 시험 결과로, 각 시험에서 하중부과기의 하중은 허용 오차 범위 내에서 적절히 잘 제어되었으며, 시험시편도 요구 하중 내에서 파손이나 심각한 구조적 결함을 유발하는 좌굴은 발생하지 않는 것으로 확인되었다.

항공기용 외부연료탱크 정하중시험을 위한 비행하중의 시험하중으로의 변환

김현기,김성찬,박성환,하병근,안수홍,김준태 항공우주시스템공학회 2021 항공우주시스템공학회지 Vol.15 No.1

In this study, for conducting a static load test of an external fuel tank used for an aircraft, the flight load acting on the external fuel tank was converted to the test load and the suitability of the converted test loads was confirmed. In order to calculate the test load from the flight load, the external fuel tank was divided into several sections. Shear load, moment by unit shear load, and unit moment were calculated for each section. Test loads for each section were then calculated by computing the shear load, the moment of each section, and flight load condition. In actual static load tests, it might not be possible to impose the test load in the calculated position due to physical constraints. Therefore, after determining positions in which the load could be imposed in the actual test, the test load calculated for each section was redistributed to selected positions. Finally, a test load plan was established by applying a whiffle tree to enhance the efficiency of the test performance while making it easier to operate the actuator. The reliability of the test load plan was verified by comparing it with flight load conditions. 본 연구에서는 항공기용 외부연료탱크의 정하중시험을 수행하기 위해서 외부연료탱크에 작용하는 비행하중을 시험하중으로 변환하고 변환된 시험하중들의 적합성을 검증하였다. 비행하중으로부터 시험하중을 계산하기 위해서 외부연료탱크를 몇 개의 구간으로 나누고, 각 구간별로 단위하중과 단위모멘트에 의해 발생하는 전단하중과 모멘트를 계산하였다. 그리고, 산출된 전단하중과 모멘트 그리고 비행하중 조건과의 연산을 통해 각 구간별 시험하중을 계산하였다. 실제 구조시험에서는 물리적 제약 등으로 시험하중을 계산 지점과 동일한 위치에 부과할 수 없는 경우가 많기 때문에 실제 시험에서 하중을 부과할 수 있는 위치들을 결정한 후, 각 구간에서 계산된 시험하중을 선정된 위치로 재분포시켰다. 그리고, 시험수행의 효율성을 높이면서 작동기 운용이 용이하도록 휘플트리를 적용하여 최종 시험하중 계획을 수립하였고, 비행하중 조건과의 비교를 통해 수립된 시험하중 계획의 신뢰성을 확인하였다.

2400MPa PT 정착시스템의 LNG 저장탱크 적용을 위한 정하중, 극저온 성능평가

전기우(Jun Kiwoo),김진국(Kim Jin Kook),양준모(Yang Jun Mo) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.6

본 논문에서는 2400 MPa PS강연선을 ‘I’ LNG 저장탱크에 안전하게 적용하기 위해 2400 MPa PT정착시스템의 정하중, 극저온 성능을 ETAG013 기준에 준하여 평가하였다. 정하중 시험 결과 측정된 최대하중은 텐던 실제극한하중의 95.9%으로 나타났고, 최대하중에서 텐던의 총 신장량은 2.36%으로 측정되었다. 극저온 시험 결과 2400 MPa PT정착시스템은 -196℃의 극저온 환경에서 텐던 공칭항복하중의 80~100% 반복하중을 안전하게 저항하였고, 측정된 최대하중은 텐던 실제 극한하중의 96.1%으로 나타났다. 이를 통해 2400 MPa PT정착시스템의 정하중, 극저온 성능은 ETAG013 기준을 만족하였다. In this paper, the static and cryogenic performance of the 2400 MPa PT anchorage system was evaluated in accordance with the ETAG013 standard in order to securely apply the 2400 MPa PS strand to the “I” LNG storage tank. The results of the static load test showed that the measured maximum load was 95.9% of the actual ultimate tensile load of the tendon, and the total elongation of the tendon at the maximum load was 2.36%. The cryogenic static load test results showed that the 2400 MPa PT anchorage system safely resists cyclic loading of the 80-100% characteristic yield load of the tendon in the cryogenic environment of -196 ℃, and the measured maximum load was 96.1% of the actual ultimate tensile load of the tendon. As a result, the static and cryogenic performance of the 2400 MPa PT anchorage system satisfied the ETAG013 standard.

압축하중을 받는 압입강관말뚝의 지지거동 특성

권오균(Ohkyun Kwon) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.7

압입강관말뚝공법은 기초보강, 상부 및 지하 증축, 부등침하 복원 등에 사용되는 공법으로 유압잭을 이용하여 좁은 공간에서 시공이 가능한 기초 보강공법이다. 이 공법의 특징은 협소한 공간, 낮은 층고, 근접 시공이 가능하고, 무소음 및 무진동 공법이며 슬라임을 배출하지 않아서 시공현장을 청결하게 유지할 수 있다. 또한 모든 말뚝을 유압잭의 압입하중으로 시공하므로 시공 중지지력 확인이 가능하다. 본 연구에서는 압입강관말뚝에 대하여 하중전이시험을 수반한 말뚝 정재하시험을 수행하여 압입강관말뚝의 하중지지 거동 특성을 파악하였다. 그리고 말뚝 시공 후 경과시간에 따른 압입강관말뚝의 지지거동의 변화를 확인하기 위하여 총 4회의 정재하시험을 실시하였다. 재하시험 결과, 압입강과말뚝의 허용지지력은 최소 637kN 이상으로 나타났고, 재하하중의 81~86%를 마찰하중이 지지하는 것으로 나타났다. 그리고 대체적으로 2개월이 경과하면 단위주면마찰력은 최대값에 도달하는 것으로 평가되었다. The pressure penetrating steel pipe pile method which can be constructed in a narrow space using the hydraulic jack is used on the foundation reinforcement, extension of the structure and basement, restoration of the differential settlement etc.. This method is possible to construct in narrow areas and low story height, the non-noise and non-vibration works, and it is possible for the construction site to be clean without slime. And it is possible to confirm the bearing capacity of pile due to penetrating the pile with the compression load of hydraulic jack. In this study, the static load test with the load-transfer test was carried out to investigate the bearing behavior characteristics of the pressure penetrating steel pipe pile. Four series of static load test were executed to investigate the variation of bearing behavior of the pressure penetrating steel pipe pile. As a result of these tests, the allowable load of the pressure penetrating steel pipe was evaluated more than 637 kN, and the shaft resistance corresponding to 81~86% of each applied load was mobilized with only a small portion of the base resistance acting. And it was also evaluated that the unit skin friction was mobilized to maximum value after two months.

극한상태의 정재하시험결과를 이용한 타입말뚝의 안전율 적용성 평가

기완서 ( Wan Seo Ki ),박노환 ( Noh Hwan Park ),김선학 ( Sun Hak Kim ) 대한지질공학회 2009 지질공학 Vol.19 No.4

본 연구는 국내·외의 사질지반에 시공된 타입말뚝에 대해 파괴가 현저하게 나타날 때까지 재하한 정재하시험 실측값을 이용하여 극한하중·항복하중·침하량기준의 각각 판정법으로 극한하중을 추정하였다. 추정된 극한하중을 실측된 파괴하중으로 정규화하고 말뚝특성에 따라 판정법별 비교·분석 하였다. 또한 극한하중 추정시 적합한 판정법을 검토하고 허용하중 결정시 안전율을 재평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 극한하중 판정법으로 구한 극한하중은 Chin 방법에 의해 해석된 값이 실측값 보다 과대평가하는 경향을 나타냈으며 B. Hansen 80%기준과 Stability Plot 방법이 실측치와 거의 일치하여 가장 신뢰성이 있는 방법으로 판단되었다. 허용하중 산정시 극한하중 판정법에 의해 구한 파괴하중에 적용해야 할 안전율을 구조물기초설계기준에 적용된 안전율을 기준으로 환산하면 B. Hansen 90% 방법을 제외하고 3.0보다 큰 값이 적용되어야 할 것으로 판단되었으며 항복하중 판정법들의 경우 기준안전율 2.0보다 큰 값이 적용되어야 할 것으로 판단되었다. 침하량 기준에 의해 구한 하중에 적용해야 할 안전율을 극한하중에 대한 안전율 3.0을 기준으로 환산해 보면, 전침하량 기준 및 순침하량 기준은 3.0보다 작은 값이 적용되어야 할 것으로 판단되었다. This study estimated ultimate load by the determination methods based on ultimate load, yield load and settlement using experimental data from static load tests that applied load to driven piles used in sandy grounds at home and overseas until failure appeared markedly. Estimated ultimate load was normalized with actually measured failure load, and was compared among the determination methods according to the characteristics of pile. In addition, I have identified to the determination methods suitable for estimating ultimate load, and reevaluated the safety factor when determining allowable load. From the results of this study were drawn conclusions as follows. Among ultimate loads estimated by the ultimate-load-based determination methods, the value interpreted by Chin`s method tended to overestimate actual measurements, and B. Hansen 80% standard and the stability plot method were considered most reliable as their results were closest to actual measurements. According to the results of this study, in calculating the allowable load, if the safety factor to be applied to failing load obtained by the method of determining extreme load is converted to the safety factor applied to the Standards for Structure Foundation Design, a value larger than 3.0 should be applied except the B. Hansen 90% method, and a value larger than 2.0 should be applied in the methods of determining yield load. In addition, if the safety factor to be applied to load obtained by the settlement standard is converted based on safety factor 3.0 for extreme load, a value smaller than 3.0 should be applied to the total settlement standard and the net settlement standard.

프로그래밍 언어를 이용한 시험하중 해석 방법 연구

정근완,심재열,김성준 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4

항공기의 전기체 구조시험은 비행하중을 지상에서 구현해야하므로 시험이 시작하기 전에 치구의 구성과 시험체의 설계를 확인하여 시험하중 해석을 수행한다. 하지만 설계 및 제작이 진행되면서 변경사항의 반영이 필요하기 때문에 시험하중 해석은 반복적으로 이루어진다. 시험하중 해석 작업은 비행하중이 정밀할수록 계산상의 실수가 나올 확률이 높아지고, 수식이 길어지므로 이에 대한 노력을 최소화하기 위한 방법이 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 이와 같이 시험하중 해석을 수행함에 있어서 효율을 최대화 하고 실수를 최소화하기 위한 방안으로 프로그래밍 언어를 활용한 시험하중 해석 진행 방법을 확인하였다. 또한, 현재까지 진행된 프로그램을 이용하여 기본적인 계산을 수행해보고 결과를 확인하였다. In the full-scale structural test, a flight load is implemented on the ground. The flight test load should be analyzed with consideration for a constituent of test fixture and design of full-scale airframe. This analysis has been repetitively performed to satisfy requirements that might occur in the process of the design and manufacture of the fixture and airframe. Also, the accurate test load has been resulted in the frequent miscalculation and the formula extension. To minimize an effort on the implementation of the flight test load, the test load analysis is necessary. In this paper, we performed the test load analysis with particular emphasis on the effectiveness and accuracy by employing programming language. Lastly, some fundamental calculation is conducted with the developed test load analysis program and the result is shown.

Excel VBA를 이용한 항공기 전기체 정적 구조시험을 위한 시험하중 산출 프로그램 소개

정근완,심재열,김성준 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

항공기의 설계 검증과정 중 전기체 구조시험은 항공기의 운용과정에서 항공기가 견뎌야하는 하중을 지상에서 모사해야 한다. 전기체 구조시험 착수부터 시험 수행의 시작 사이의 기간 동안 전기체 구조 시험에 필요한 치구 및 실제 시험에 사용되는 항공기의 설계는 지속적으로 변경된다. 이러한 치구 및 항공기의 설계 변경은 설계하중 및 시험하중 조건의 변경을 야기한다. 따라서 치구와 항공기의 설계가 완료될 때까지 설계변경에 따른 시험하중 변경이 같이 이루어져야 한다. 여기엔 많은 시간과 노력이 소요되기 때문에 시간과 노력을 최소화시키기 위한 방안으로 프로그래밍 언어를 이용한 시험하중 해석 방법<SUP>(1)</SUP>을 제시한 바 있다. 본 논문에서는 기존에 제시된 방안을 기준으로 완성된 Excel VBA를 이용한 시험하중 해석 프로그램을 소개하고자 한다. In full-scale airframe structural test, the test load that the aircraft should withstand during the operation is implemented on the ground. Also, until the structural test has been launched, the requirement fixtures and aircraft design for the full-scale airframe structural test has been consistently changed. These changes on the fixture and the design bring alterations on both design and test loads together. Therefore, while the test fixtures and the aircraft design are fully completed, the test load should be consistently changed. To minimize the effort on the test load calculation, a method obtaining the structural test loads using the programming language has already studied(1). In this paper, according to the previous study<SUP>(1)</SUP>, an analytical program on the airframe structural test load calculation using Excel VBA is introduced.

시력보정용 안경렌즈의 기계적 강도 시험

전인철,김학준,마기중 대한시과학회 2012 대한시과학회지 Vol.14 No.1

Purpose: To test the mechanical strength and to evaluate safety of uncut finished spectacle lenses available on domestic market, and to suggest fundamental data for regulating guideline of quality control. Methods: We collected 240 uncut finished spectacle lenses made by two kinds of materials(120 lenses of NK 55 material, n = 1.56 and 120 lenses of MR 8 material, n = 1.60) to test mechanical strength by two different standards. We tested mechanical strength of uncut finished spectacle lenses by using ISO standards and U.S.A. FDA standards (ANSI Z80.1-410 FDA. Sec 801-410) regulation. Results: In the quasi-static loading type test, 6 of 60 lenses were made of NK 55 material were not passed because of fracture or deformation, but all of 60 lenses were made of MR 8 material were satisfied criteria for mechanical strength. 14 of 60 lenses(NK 55 material) and 8 of 60 lenses(MR 8 material) were not passed in drop ball test because of cracked, perforated, and broken. Conclusion: To ensure against risk related to mechanical strength, the ophthalmic lenses should be manufactured at least with required center thickness for withstanding against mechanical impact. Also the appropriate regulation should be applied to uncut finished spectacle lenses. 목 적: 국내에서 유통되고 있는 안경렌즈의 기계적 강도를 측정하고 안전성을 평가하여 품질관리를 위한 가이드라인의 제정을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다. 방 법 : 두 가지 기준으로 기계적 강도를 평가하기 위해 NK 55 재질(n = 1.56)과 MR 8 재질(n = 1.60)로 제조된 렌즈를 각각 120개씩 모두 240개의 렌즈를 선정하였다. 기계적 강도는 ISO 기준에서 제시하는 정하중 검사와 미국 FDA의 기준(ANSI Z80.1-410 FDA. Sec 801-410)에 제시되어 있는 낙하구 시험을 실시하였다. 결 과 : 정하중 시험을 실시한 대상 시료 120개 중 NK 55 재질(n=1.56) 60개 렌즈의 10%인 6개가 파쇄 또는 변형이 있어 부적합 판정을 받았으며, MR 8 재질(n=1.60)은 대상 시료 60개 모두 판정 기준을 통과하였다. 낙하구 시험을 실시한 120개의 렌즈에서 NK 55 재질(n=1.56) 60개 렌즈 중 14개가 크랙, 관통 또는 깨짐이 있어 부적합 판정을 받았으며, MR 8 재질(n=1.60)은 대상 시료 60개 중 8개가 부적합한 것으로 나타났다. 결 론 : 안경렌즈의 기계적강도와 관련하여 안전성을 확보하기 위해서는 기계적 충격을 견딜 수 있도록 일정 두께 이상으로 제조되고 이에 대한 기준규격이 엄격하게 적용되어야 할 것이다.

시력보정용 안경렌즈의 기계적 강도 시험

전인철,김학준,마기중 대한시과학회 2012 대한시과학회지 Vol.14 No.1

목 적: 국내에서 유통되고 있는 안경렌즈의 기계적 강도를 측정하고 안전성을 평가하여 품질관리를 위한 가이드라인의 제정을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다. 방 법 : 두 가지 기준으로 기계적 강도를 평가하기 위해 NK 55 재질(n = 1.56)과 MR 8 재질(n = 1.60)로 제조된 렌즈를 각각 120개씩 모두 240개의 렌즈를 선정하였다. 기계적 강도는 ISO 기준에서 제시하는 정하중 검사와 미국 FDA의 기준(ANSI Z80.1-410 FDA. Sec 801-410)에 제시되어 있는 낙하구 시험을 실시하였다. 결 과 : 정하중 시험을 실시한 대상 시료 120개 중 NK 55 재질(n=1.56) 60개 렌즈의 10%인 6개가 파쇄 또는 변형이 있어 부적합 판정을 받았으며, MR 8 재질(n=1.60)은 대상 시료 60개 모두 판정 기준을 통과하였다. 낙하구 시험을 실시한 120개의 렌즈에서 NK 55 재질(n=1.56) 60개 렌즈 중 14개가 크랙, 관통 또는 깨짐이 있어 부적합 판정을 받았으며, MR 8 재질(n=1.60)은 대상 시료 60개 중 8개가 부적합한 것으로 나타났다. 결 론 : 안경렌즈의 기계적강도와 관련하여 안전성을 확보하기 위해서는 기계적 충격을 견딜 수 있도록 일정 두께 이상으로 제조되고 이에 대한 기준규격이 엄격하게 적용되어야 할 것이다. Purpose: To test the mechanical strength and to evaluate safety of uncut finished spectacle lenses available on domestic market, and to suggest fundamental data for regulating guideline of quality control. Methods: We collected 240 uncut finished spectacle lenses made by two kinds of materials(120 lenses of NK 55 material, n = 1.56 and 120 lenses of MR 8 material, n = 1.60) to test mechanical strength by two different standards. We tested mechanical strength of uncut finished spectacle lenses by using ISO standards and U.S.A. FDA standards (ANSI Z80.1-410 FDA. Sec 801-410) regulation. Results: In the quasi-static loading type test, 6 of 60 lenses were made of NK 55 material were not passed because of fracture or deformation, but all of 60 lenses were made of MR 8 material were satisfied criteria for mechanical strength. 14 of 60 lenses(NK 55 material) and 8 of 60 lenses(MR 8 material) were not passed in drop ball test because of cracked, perforated, and broken. Conclusion: To ensure against risk related to mechanical strength, the ophthalmic lenses should be manufactured at least with required center thickness for withstanding against mechanical impact. Also the appropriate regulation should be applied to uncut finished spectacle lenses.

피로 수명을 고려한 복합재 풍력터빈 블레이드의 구조설계 및 실물 정하중 시험에 관한 연구

공창덕,방조혁 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2002 機械技術硏究 Vol.5 No.2

본 연구에서는 풍력발전 시스템에 관련된 IEC61400-1 국제규격과 GL 규격에 정의된 다양한 Load Case가 고려되었고, 이러한 하중들을 효과적으로 견딜 수 있는 특별한 복합재 구조형상이 제안되었다. 복합재 풍력터빈 블레이드 구조에 대한 평가를 위한 유한요소 구조해석이 수행되었다. 구조설계에서는 파라메트릭 연구를 통해 블레이드 구조형상을 결정하였고, 대부분의 주요 설계 파라미터가 결정되었다. FEM을 이용한 응력해석에서는 설계된 블레이드 구조는 어떠한 Load Case에 대해서도 안전하다는 것이 확인되었다. 뿐만아니라, 본 연구에 의해 새롭게 고안된 삽입볼트를 사용한 허브 연결부위의 설계하중과 피로하중에 대한 안정성이 검토되었다. 잘 알려진 S-N 선형 손상 방법, 하중 스펙트럼 및 Spera의 실험식에 의해 20년 이상의 피로수명이 예측되었다. 몇 개의 집중하중으로 모사된 공력하중에 대한 실물 정적구조시험이 수행되었다. 실험결과로부터 설계된 블레이드는 구조적으로 안전함을 확인하였다. 연구된 블레이드는 독일의 국제적 인증기관인 GL에 의해 성공적으로 인증되었다. In this study, the various load cases specified by the IEC61400-1 international specification and GL Regulations for the wind energy conversion system were considered, and a specific composite structure configuration which can effectively endure various loads was proposed. In order to evaluate the structure, the structural analysis for the composite wind turbine blade were performed using the finite element method(FEM). In the structural design, the acceptable blade structural configuration was determined through the parametric studies, and the most dominant design parameters were confirmed. In the stress analysis using the FEM, it was confirmed that the blade structure was safe and stable in any various load cases. Moreover the safety of the blade root joint with insert bolts, newly devised in this study, was checked against the design load and the fatigue. The fatigue life for operating more than 20 years was estimated by using the well-known S-N linear damage equation, the load spectrum and Speras empirical equations. The full-scale static structural test was performed with the simulated aerodynamic loads. From the experimental results, it was found that the designed blade had the structural integrity. Furthermore the measured results were well agreed with the analytical results such as deflections, strains, the mass and the radial center of gravity. The studied blade was successfully certified by and international certification institute, GL, of Germany.