유한요소법을 이용한 네트워크 장비 구조물의 내진 해석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Mobile communication that most people are using today as communication means, are available due to the Base Transfer Stations which mobile communication companies installed on the top of buildings or mountains. Antennas and network equipments usually installed outside are under restrictions of space and can be easily damaged by external natural harassments.
In order to minimize the loss of life from malfunctions or misbehavers of the network equipments from the earthquake, the structural stability of the network equipments should be secured.
The purpose of this thesis is to check the structural safety of the network equipments by performing the static and dynamic finite element analysis. First, the accurate finite element model is constructed since the accuracy of the analysis results depends on the accuracy of the model. For this, the stiffness of electric modules are adjusted manually. Then, the stress and displacement of structures are evaluated by the static method and results are checked whether to satisfy the design requirement conditions. The deformation and stress are all satisfied and the accuracy of the finite element model could be acceptable.
By performing frequency dynamic analysis, computed natural frequencies are similar to the results of experiment. So the model could be used for the response spectrum analysis where experimental acceleration value at each frequency are used as seismic input excitation. It is shown that the analysis results are a little bit larger than that of the experimental values. Also sensitivity analysis for the natural frequency and optimization are performed where design variables are the stiffness of the beam and plate compartments. The first natural frequency is very sensitive to the stiffness as shown in the results.
Through the thesis, it is shown that the stability of network equipment structures can be confirmed by the finite element method, sensitivity analysis and optimization. And the most important thing is how to construct the correct finite element model to match the real physical model and experimental results, and such work is processed in this thesis.

국문 초록 (Abstract)

현재 대부분의 사람들이 통신수단으로 이용하고 있는 이동통신은 각각의 개별 이동통신사에서 야산 및 건물의 옥상에 설치된 기지국을 운용함으로써 사용되고 있다. 따라서, 기지국에 포함된 통신 안테나 및 네트워크 장비들은 설치장소의 제약으로 인해 지진을 포함한 외부환경에 쉽게 노출되어 자연환경의 영향을 받기 쉽다. 또한 선상에 설치되는 통신기기 역시 험한 해양환경과 유사시 안정성 확보를 위해서는 인위적 극한 충격에 대한 내충격 기본설계가 확보되어야 한다.
지진이 발생했을 경우 피해 규모를 줄이기 위한 구조물의 안정성 확보가 절실히 필요하며, 또한 사고 후 통신 두절로 인한 인명의 피해를 줄일 수 있는 방안이 강구되어야 한다. 따라서, 지진 발생에 의한 네트워크 장비의 비정상 작동으로 인하여 인명의 피해가 최소화 되도록 장비 설계시 구조적 안정성을 반드시 고려해야만 한다.
따라서 본 논문에서는 네트워크 장비에 대한 유한요소해석을 수행하여 장비의 안정성 여부를 판단하였는데 물리적 현상과 비교될 수 있게 정확한 수치 모델 즉 정확한 유한요소를 만드는 경험이 본 논문 연구를 통해 축적되었다.
먼저 정적해석을 통하여 구조물의 응력 및 변형을 평가하고 제시된 장비의 설계 제한조건을 만족함이 확인되었다. 모드해석으로 구조물의 동적특성을 파악하고 지진하중에 대한 응답 스펙트럼 해석을 통하여 구조물의 안정성 및 신뢰성을 평가하였는데 역시 제시된 설계제한 조건이 만족되었다. 또한 구조물의 설계민감도 해석으로 최적설계대안도 제시하며 응답 스펙트럼에 대한 재해석까지 병행 하였다.
본 연구를 통하여 네트워크 장비 구조물의 동적 특성 및 지진하중에 대한 안정성 여부를 파악할 수 있었으며 향후 장비의 설계변경 등으로 인하여 발생되는 구조물의 거동을 미리 예측할 수 있게 되었다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 = 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구 범위 및 방법 = 3
• 2. 이론적 고찰 = 4
• 2.1 고유진동 해석 = 4
• 2.2 응답 스펙트럼 해석 = 7
• 2.3 민감도 해석 = 9
• 2.3.1 유한 차분법 = 9
• 2.3.2 설계 민감도 = 10
• 3. 유한요소 모델링 = 12
• 3.1 대상모델 개요 = 12
• 3.2 모델링 및 경계조건 = 15
• 3.2.1 모델링 = 15
• 3.2.2 경계조건 = 17
• 4. 해석 결과 및 고찰 = 18
• 4.1 정적 해석 = 18
• 4.2 고유진동 해석 = 23
• 4.3 응답 스펙트럼 해석 = 26
• 4.4 민감도 해석 및 최적설계 = 30
• 5. 결론 = 37
• 참고문헌 = 39
• ABSTRACT = 41