변형률 게이지 측정원리를 이용한 충격 하중 센서의 개발 및 암석의 동적 압열 인장 실험에 적용

민경조,오세욱,전석원,조상호,Min, Gyeong-jo,Oh, Se-wook,Wicaksana, Yudhidya,Jeon, Seok-won,Cho, Sang-ho 대한화약발파공학회 2017 화약발파 Vol.35 No.3

In order to obtain the dynamic response behavior of the rock subjected to blasting loading, a shock-proof high sensitivity impact sensor which can measure high frequency dynamic force and strain events should be adopted. Because the impact sensors which uses quartz and piezoelectric element are costly, generally the strain measurement-based impact (SMI) sensors are applied to high speed loading devices. In this study, dynamic Brazilian tension tests of granitic rocks was conducted using the Nonex Rock Cracker (NRC) reaction driven-high speed loading device which adopts SMI sensors. The dynamic response of the granite specimens were monitored and the intermediate strain rate dependency of Brazilian tensile strengths was discussed. 발파 하중에 대한 암석의 동적 응답 특성을 획득하기 위해서는, 내충격 고감도의 충격하중센서가 필요하다. 이러한 충격 하중 센서는 석영(quartz) 하중셀, 압전소자(piezoelectric element), 변형률 게이지를 적용하여 제작되고 있으나, 석영 및 압전소자의 경우 고가이기 때문에, 충격하중가압시험과 같이 압력 센서의 손상이 빈번한 경우에는 제약이 따르게 된다. 본 연구에서는 원통형 압축셀에 변형률 게이지 측정원리를 적용한 내충격 고감도 하중센서를 개발하였다. 개발된 하중 센서는 Nonex Rock Cracker (NRC) 구동 고속충격 하중 장치를 이용한 화강암 동적 압열 인장 실험에 적용하여 동적하중이력의 측정에 적용되었다. 그 결과, NRC 구동 고속충격하중장치는 암석 강도의 중간 변형률 속도 의존성 연구에 적용 가능한 것으로 파악되었다.

'논어' 속 또 다른 세상을 만나다

민경조,Min, Gyeong-Jo 한국주택협회 2006 주택과 사람들 Vol.191 No.-

충격 하중 시 암석의 파괴거동해석을 위한 GPGPU 기반 3차원 동적해석기법의 개발과 검증 연구

민경조 ( Gyeong-jo Min ),( Daisuke Fukuda ),오세욱 ( Se-wook Oh ),조상호 ( Sang-Ho Cho ) 대한화약발파공학회 2021 화약발파 Vol.39 No.2

최근에는 GPGPU(General-Purpose computing on Graphics Processing Units)와 같은 고성능 연산장치의 보급과 함께 국방, 우주항공분야에서 암질재료에 대한 충격실험을 대신할 수 있는 3차원 동적해석기법의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 그러나 높은 충격하중을 수반하는 암 발파 또는 소형미사일 등의 지중 관통과 같은 과정을 실험적으로 관찰하거나 계측하는 것은 암질재료의 비 균질성 및 불투명성 때문에 어려움이 있었다. 본 연구에서는 고속충돌에 의한 암석의 파괴 거동을 모사하기 위하여 3차원 동적 파괴 과정 해석 기법 (3D-DFPA)를 개발하였으며, 연산속도를 향상시키기 위하여 순차해석(explicity analysis) 및 접촉요소검색(Searching algolitm of contact elements)에 GPGPU연산이 가능한 알고리듬을 적용하였다. 제안된 동적파괴과정해석 기법에 대한 검증을 위해 Straight Notched Disk Bending (SNDB) 석회암시료에 대한 동적파괴인성시험을 모사하였고, 충격응력파의 전파과정, 암석-충격봉 경계면에서 반사 및 전달과정, 암석 시료의 파괴과정을 비교분석하여, 개발된 해석기법에 대한 검증을 수행하였다. Recently, with the development of high-performance processing devices such as GPGPU, a three-dimensional dynamic analysis technique that can replace expensive rock material impact tests has been actively developed in the defense and aerospace fields. Experimentally observing or measuring fracture processes occurring in rocks subjected to high impact loads, such as blasting and earth penetration of small-diameter missiles, are difficult due to the inhomogeneity and opacity of rock materials. In this study, a three-dimensional dynamic fracture process analysis technique (3D-DFPA) was developed to simulate the fracture behavior of rocks due to impact. In order to improve the operation speed, an algorithm capable of GPGPU operation was developed for explicit analysis and contact element search. To verify the proposed dynamic fracture process analysis technique, the dynamic fracture toughness tests of the Straight Notched Disk Bending (SNDB) limestone samples were simulated and the propagation of the reflection and transmission of the stress waves at the rock-impact bar interfaces and the fracture process of the rock samples were compared. The dynamic load tests for the SNDB sample applied a Pulse Shape controlled Split Hopkinson presure bar (PS-SHPB) that can control the waveform of the incident stress wave, the stress state, and the fracture process of the rock models were analyzed with experimental results.

드로잉 가공 성형폭약용기의 강판절단성능에 관한 수치해석적 연구

민경조 ( Gyeong-jo Min ),박훈 ( Hoon Park ),오세욱 ( Se-wook Oh ),박세웅 ( Se-woong Park ),석철기 ( Chul-gi Suk ),조상호 ( Sang-ho Cho ) 대한화약발파공학회 2018 화약발파 Vol.36 No.3

지진 및 예기치 못한 외부하중에 의하여 손상된 구조물의 경우, 2차적인 국부손상 및 이로 인한 붕괴가 발생할 수 있어 발파해체공법에 의한 철거가 우선시 고려되고 있다. 특히 철재로 이루어진 교량 및 구조물의 경우 성형폭약을 이용한 발파해체기법이 적용되어 오고 있다. 최근에는 구리판을 드로잉 가공한 성형폭약용기에 상용폭약을 장전하여 두꺼운 철판을 절단하는 발파공법이 제안되었다. 본 연구에서는 LS-DYNA 동해석소프트웨어를 이용하여 드로잉 가공 성형폭약용기와 상용폭약을 적용한 25mm 두께의 철판 절단실험발파를 모사하고 절단형상 및 깊이를 비교분석하여 적용구성모델의 입력변수를 결정하였다. 해석모델을 이용하여 폭약의 종류, 구리라이너의 두께, 이격거리의 변화에 따른 철판 내 관통깊이 및 관통 폭을 분석하였다. Locally damaged structures caused by earthquake or extraordinary external forces have been required to rapidly be dismantled because of its possibility of additional collapses. Particularly, steel frame structures were demolished by the shaped charge blasting method. Recently a research suggested a shape charge blasting technique which uses bent-shaped charge holder of copper plate and emulsion explosive charge to cut thick steel plates. This study simulated the cutting performance of the bent-shaped charge holder with considering types of explosives, thickness of copper liner and stand-off distances using LS-DYNA software. The shape charge blasting test of a 25mm thickness steel plate were used to calibrate the input parameters of the numerical models. The penetration depth and penetration width were analysed with different types of explosives, thickness of copper liner and stand-off distances.

드로잉 가공 성형폭약용기를 이용한 강재구조 발파공법에서 사용폭약의 종류가 절단성능에 미치는 영향

김경규 ( Gyeong-gyu Kim ),박훈 ( Hoon Park ),민경조 ( Gyeong-jo Min ),신찬휘 ( Chan-hwi Shin ),조상호 ( Sang-ho Cho ) 대한화약발파공학회 2021 화약발파 Vol.39 No.1

경제성장과 함께 급증한 산업구조물이 노후화됨에 따라 철 구조물 해체 수요가 증가하고 있으며, 선형 성형폭약의 관통 성능개선에 관한 연구가 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 자체 제작한 성형폭약 장약 용기 내 사용하는 폭약의 종류와 기폭방식이 강재 절단 성능에 미치는 영향과 근접한 성형폭약에 미치는 영향에 대한 수치해석적인 분석을 수행하였다. 수치해석에는 폭발에 의한 재료의 대변형 해석이 가능한 ANSYS사 LS-DYNA를 사용하였으며 기체, 액체, 고체의 유동해석에 특화된 ALE(Arbitrary-Lagrange-Eulerian) 모델이 적용된다. As the national economic growth and the rapid increase in industrial structures are aging, the demand for removing steel structures is increasing, and research on improving the penetration performance of the linear shape charge explosives. In the study, numerical analyses were performed on the effect of the type of explosive used in the self-made shape charging container and the initiation method on the cutting performance of the steel plate and the effect on the shaped explosive installed close to it. ANSYS LS-DYNA, which can analyze the large deformation problem of materials due to explosion, was used, and an ALE(Arbitrary-Lagrange-Eulerian) model was applied that enables interlocking analysis of gases, liquids, and solid.

우주자원탐사를 위한 암석광물 샘플링 기술과 충격속도 의존형 동적파괴모델의 제안

조상호(Cho, Sang Ho),민경조(Min, Gyeong Jo) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10

강재 절단을 위한 장약용기의 개발과 절단 성능 평가

박훈 ( Hoon Park ),민경조 ( Gyeong-jo Min ),조상호 ( Sang-ho Cho ),석철기 ( Chul-gi Suk ) 대한화약발파공학회 2018 화약발파 Vol.36 No.2

철골 구조물의 발파해체에 사용하는 성형폭약은 국내외 대부분의 경우에 사용이 제한적이거나 수급이 불가능하여 적용하지 못하는 경우가 많이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 산업용 폭약을 사용하여 금속 제트가 발생할 수 있는 장치가 필요하다. 본 연구에서는 금속 제트가 발생하는 강재 절단용 장약용기를 제작하였다. 절단 성능 실험을 통해 두께 25mm의 강판에 대한 장약용기의 절단 성능을 평가하였다. 또한 침투 과정수치 모사와 절단 성능 실험에서의 결과를 비교하고, 두께 35mm와 70mm의 강판에 대한 절단 성능을 평가하였다. The shaped charge is used in explosive demolition of steel frame structure, but it was often not used because it was limited to use or impossible to supply at domestic and foreign. To solve this problem, we needed a device that could generate matal jets using industrial explosive. In this study, we made a charging container, which metal jets were generated when explosives were detonated. Cutting performance tests were carried out to evaluate the effect of cutting of a charging container on a steel plate of 25mm thickness. In addition, we compared the results between the numerical simulation of penetration process and cutting performance tests and then was evaluated a cutting performance for steel plates of 35mm and 70mm thickness.

콘크리트 블록 발파 실험을 통한 인공 슬롯 자유면이 진동전파 및 파쇄효과에 미치는 영향에 관한 연구

오세욱(Se-Wook Oh),민경조(Gyeong-Jo Min),박세웅(Se-Woong Park),박훈(Hoon Park),노유송(You-Song Noh),석철기(Chul-Gi Suk),조상호(Sang-Ho Cho) 한국암반공학회 2018 터널과지하공간 Vol.28 No.6

발파를 이용한 터널의 굴착 시 수반되는 가장 큰 문제 중 하나는 발파 시 발생하는 지반진동으로 이를 저감시키기 위한 노력의 일환으로 와이어쏘 장비를 이용하여 터널 심발공 주변에 인공 자유면을 형성하고 이를 통해 파쇄도를 향상시키며 동시에 발파 진동을 저감시키는 기술이 개발되어 오고 있다. 본 연구에서는, 실규모 발파 실험 및 3D-DFPA 해석 기법을 통해 인공 자유면의 구조조건에 따른 진동저감 및 발파 효과에 대한 고찰을 수행하였으며, 이에 더불어 인공 자유면 발파에서의 효율적 설계를 위한 경험적 기준을 제안하였다. 분석 결과, 인공 슬롯 자유면은 홉킨슨 효과에 의한 스폴파괴 유발 및 충격진동의 전파경로 차단 등 발파 진동 저감을 야기하는 것으로 판단되었으며, 인공 자유면이 존재하는 경우, 존재하지 않는 경우에 비해 파쇄체적 및 파쇄효율이 모두 증가하는 경향을 보였다. 이는 인공 자유면이 실제 자유면과 동일한 역할을 수행함에 따라 최소저항선의 감소효과를 야기하는 것으로 판단되었으며, 실험 결과를 토대로 발파 공경 및 최소저항선에 대한 발파 파쇄체적의 상관관계를 도출 및 경험적 설계 기준을 제안하였다. 결론적으로, 인공 자유면 발파를 수행 시 발파 공경 대 최소저항선의 비가 약 5에서 8사이의 값을 갖도록 설계하는 것이 가장 이상적인 표준발파 조건에서의 파쇄효과를 기대할 수 있을 것으로 판단되었다. Ground vibration is one of the remarkable issues in tunnel blasting. In recent studies, to improve the fragmentation with reduction of ground vibration in tunnel blasting, a vibration-controlled blasting method with artificial cutting slot near the center-cut holes has been suggested. This study examines the effect of the different arrangement of artificial cut-slot on the vibration reduction and fragmentation by performing the full-scaled concrete block blast experiments and the numerical simulations with 3D-DFPA. The results show that the existence of artificial slot contributes to the improvement of vibration reduction, blast fragmentation and the efficiency of the cutting slot blast. It can be explained that the artificial slot play a free surface role and should decrease the burden between the cut holes. Crater volumes of the blasted concrete blocks were measured by 3-dimensional digital image analysis and compared with the ideal standard crater volume which can be calculated by theoretical standard blast design method. As a result, the ratio of burden and hole diameter which should achieve the standard crater in the cut-hole blasting were suggested.

콘크리트 블록에서 인공절리에 따른 발파영향 평가

노유송 ( You-song Noh ),민경조 ( Gyeong-jo Min ),오세욱 ( Se-wook Oh ),박세웅 ( Se-woong Park ),석철기 ( Chul-gi Suk ),조상호 ( Sang-ho Cho ),박훈 ( Hoon Park ) 대한화약발파공학회 2018 화약발파 Vol.36 No.3

본 연구는 인공절리의 경사, 인공절리와 발파공 간의 거리, 그리고 인공절리의 수가 압력파동의 전파, 균열의 전파, 그리고 발파파동의 속도에 미치는 영향을 평가할 목적으로 수행되었다. 이 평가작업은 동적 FEM 프로그램인 AUTODYN 상에서 지원되는 Euler-Lagrange solver를 사용하여 수행되었다. 주요 결과로서 발파파속은 인공절리와 발파공 간의 거리가 가깝거나 인공절리의 경사가 증가할수록 더 빠르게 감소하는 것으로 나타났다. 인공절리가 없는 경우에 비해 절리가 하나라도 존재하는 경우에는 발파파속의 감쇠가 상당히 크게 발생하였다. 하지만 인공절리의 수가 발파파속의 감쇠에 미치는 영향은 주어진 조건 하에서는 미미한 수준이었다. This study was conducted to evaluate the influences of the angle of artificial joints, the distance between the artificial joints and the blast hole, and the number of artificial joints on the pressure wave propagation, crack propagation, and blast wave velocity. The evaluation was conducted numerically by use of the Euler-Lagrange solver supported by the AUTODYN, which is a dynamic FEM program. As a result, it was found that the blast wave velocity was decreased most rapidly as either the distance between the artificial joint and the blast hole was decreased or the angle of the artificial joint was increased. In contrast to the case of no artificial joint, the amount of attenuation of the blast wave velocity was considerably large when an artificial joint was present. However, the effect of the number of artificial joint on the attenuation of the blast wave velocity was negligible under the given condition.

홉킨슨 압력봉(Hopkinson pressure bar)을 이용한 동적 충격센서 보정기술 연구

오세욱 ( Se-wook Oh ),민경조 ( Gyeong-jo Min ),조상호 ( Sang-ho Cho ) 대한화약발파공학회 2020 화약발파 Vol.38 No.1

발파나 충격과 관련된 연구에서 충격센서를 이용한 하중 및 진동의 계측이 널리 사용되고 있다. 하지만 대부분의 충격센서는 고가이며 외부로부터의 손상에 대해 보호할 필요성이 존재한다. 본 연구에서는 충격센서의 외부 구조적 변화에 따른 계측 대상 매질로부터 입사되는 하중정보의 왜곡현상을 보정할 수 있는 방법에 대해 고찰하였다. 홉킨슨 압력봉 시스템을 이용해 충격센서로 전달되는 충격가속도를 산출하였으며, 이와 동시에 충격진동의 감쇠를 야기하는 센서 홀더를 고안 및 적용하여 센서의 출력 값에 대한 비교분석을 수행하였다. 결과적으로 센서에 적용된 외부 구조적 변화가 센서의 진동운동 자체를 왜곡시키는 비선형 거동이 아닌 경우 본 방법을 통한 충격센서 보정기술이 합리적으로 작용할 수 있을 것으로 판단하였다. The measurement technique with dynamic shock sensor was widely used in academic experiment for blasting and impact. However, most of dynamic sensors are expensive so that it needs to be protected by external housing structures or damping devices. In this study, the calibration method for dynamic shock sensor under the distortion by external structures. Hopkinson pressure bar system was adopted to measure the input acceleration to the sensor, and it was compared to the acceleration measured by accelerometer with customized damping device. Consequently, it is conclued that this method can be useful to calibrate the dynamic shock sensor under the linear distortion.