무대장치용 플라스틱 활차의 기계적 특성 분석 = Mechanical characterization of plastic pulley for stage set

국문 초록 (Abstract)

무대 공간에서는 공연, 연극, 뮤지컬 등에 무대기계를 사용하여 특수 연출 효과를 극대화시켜 관람객들에게 제공하고 있다. 이 특수 연출 효과에 많이 사용되는 무대기계 구성요소인 활차는 금속소재로 현재 국내 제작이 어려워 국외 제품을 사용함으로서 수급 및 정비 부분에서 많은 어려움이 발생하고 있어 국산화 기술 확보가 필요하였다.
그래서 본 논문에서는 무대장치용 플라스틱 활차의 기계적 특성 및 시험방법을 개발하고 이에 대한 검증을 수행하였다. 구체적으로 활차에 적용할 플라스틱 소재에 대한 기계적 물성을 조사 후 ABS 플라스틱이 적합한 것으로 판단되어 선정하였다. 기계적 물성 검증을 위해 시험편을 제작하여 소재 시험을 진행한 결과 인장강도는 최소 53.74 ~ 55.27 MPa, 굴곡강도는 최소 88.05 ~ 88.49 MPa, 충격강도는 최소 186.46 ~ 207.37 , 밀도는 1.03 로 활차 제작이 가능한 소재로 판단하였다.
ABS 플라스틱으로 실제 제품을 제작하기 전에 활차의 안전성을 확인하기 위하여 활차 홈에 하중을 작용시키고 고정 축 면은 고정하여 시뮬레이션을 수행한 결과 12.57 MPa로 안전율 4이상을 확보한 것으로 확인되었다.
그리고 국내에는 무대장치용 활차 홈 압축강도 시험을 위한 시험방법이 없어 타 국내 국가표준을 인용하여 활차 홈에 압축하중을 인가할 수 있는 시험방안을 개발하여 적용한 결과 ABS 플라스틱 활차보다 와이어로프 및 와이어로프 소켓의 파손이 먼저 나타났다. 하지만 활차 홈에는 와이어로프 눌림 자국만 발생하였다. 이를 바탕으로 플라스틱 활차는 최소 56,830 N의 하중을 견딜 수 있음을 확인하였다.
본 논문은 무대장치용 활차의 플라스틱 소재 적용과 기계적 특성에 있어 활차 홈의 압축강도 시험방법을 다루었다는 것에 의의를 가지고 있다.


무대 공간에서는 공연, 연극, 뮤지컬 등에 무대기계를 사용하여 특수 연출 효과를 극대화시켜 관람객들에게 제공하고 있다. 이 특수 연출 효과에 많이 사용되는 무대기계 구성요소인 활차는 금속소재로 현재 국내 제작이 어려워 국외 제품을 사용함으로서 수급 및 정비 부분에서 많은 어려움이 발생하고 있어 국산화 기술 확보가 필요하였다.
그래서 본 논문에서는 무대장치용 플라스틱 활차의 기계적 특성 및 시험방법을 개발하고 이에 대한 검증을 수행하였다. 구체적으로 활차에 적용할 플라스틱 소재에 대한 기계적 물성을 조사 후 ABS 플라스틱이 적합한 것으로 판단되어 선정하였다. 기계적 물성 검증을 위해 시험편을 제작하여 소재 시험을 진행한 결과 인장강도는 최소 53.74 ~ 55.27 MPa, 굴곡강도는 최소 88.05 ~ 88.49 MPa, 충격강도는 최소 186.46 ~ 207.37 , 밀도는 1.03 로 활차 제작이 가능한 소재로 판단하였다.
ABS 플라스틱으로 실제 제품을 제작하기 전에 활차의 안전성을 확인하기 위하여 활차 홈에 하중을 작용시키고 고정 축 면은 고정하여 시뮬레이션을 수행한 결과 12.57 MPa로 안전율 4이상을 확보한 것으로 확인되었다.
그리고 국내에는 무대장치용 활차 홈 압축강도 시험을 위한 시험방법이 없어 타 국내 국가표준을 인용하여 활차 홈에 압축하중을 인가할 수 있는 시험방안을 개발하여 적용한 결과 ABS 플라스틱 활차보다 와이어로프 및 와이어로프 소켓의 파손이 먼저 나타났다. 하지만 활차 홈에는 와이어로프 눌림 자국만 발생하였다. 이를 바탕으로 플라스틱 활차는 최소 56,830 N의 하중을 견딜 수 있음을 확인하였다.
본 논문은 무대장치용 활차의 플라스틱 소재 적용과 기계적 특성에 있어 활차 홈의 압축강도 시험방법을 다루었다는 것에 의의를 가지고 있다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 동향 1
• 1.2 연구 내용 4
• 제 2 장 무대장치용 활차 5
• 2.1 활차의 홈(groove)의 형상 종류 5
• 2.2 기존 무대장치용 활차의 재질 및 활차 홈 형상 6
• 제 3 장 플라스틱 소재의 분석 및 시험 11
• 3.1 무대장치용 활차의 요구사항 도출 11
• 3.2 플라스틱 소재의 분석 및 선정 12
• 3.2.1 플라스틱 소재의 분석 12
• 3.2.2 재활용이 가능한 합성수지 플라스틱 소재 선정 19
• 3.3 무대장치용 활차의 소재시험 21
• 제 4 장 무대장치용 플라스틱 활차의 정적해석 35
• 4.1 무대장치용 활차의 작용 하중 35
• 4.2 무대장치용 플라스틱 활차의 해석 38
• 제 5 장 무대장치용 활차의 제품 시험 수행 및 분석 42
• 5.1 플라스틱 활차 홈의 압축하중 적용 시험방법 개발 42
• 5.1.1 국내 도르래 시험 규격 조사 42
• 5.1.2 시험 방법 개발 42
• 5.2 무대장치용 활차 홈의 압축강도 시험 45
• 제 6 장 결 론 49
• 참 고 문 헌 51
• ABSTRACT 53
• 감사의 글 55
• 국문윤리서약서 56
• 영문윤리서약서 57