R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C129811-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 신소재를 활용한 내진보강용 브레이싱 댐퍼 장치의 원천 시스템 개발 및 성능검증을 위한 실험적 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-04-01 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 허종완 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
13명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 170,000,000 원 기업 : 56,667,000 원 계 : 226,667,000 원 |
총연구비 | 정부 : 360,000,000 원 기업 : 120,001,000 원 계 : 480,001,000 원 |
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| 연구기관명 | 인천대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
본 연구에서 제안하는 대상 기술은 지진에 의해 발생하는 진동과 변위를 효율적으로 제어하고 변형으로부터 자기치유가 가능하여 유지·보수 능력이 뛰어난 형상기억합금 소재를 활용한 스마트 댐퍼 시스템으로 브레이싱 프레임 구조물에서 내진보강용 제진 장치로 활용 가능함. 스마트 댐퍼 시스템은 외부 하중으로 발생된 진동이나 충격을 흡수하여 완충 또는 에너지 소산 효과를 갖는 마찰(Friction) 댐퍼 시스템에 재료 자체에 감지 및 작동 능력을 보유하여 지능적인 반응이 가능한 스마트 재료인 초탄성 형상기억합금을 활용하여 우수한 성능을 보유한 새로운 개념의 댐퍼 장치를 개발함. 첨단 신소재를 활용한 내진보강용 브레이싱 댐퍼 장치는 기능적으로 크게 마찰 댐퍼 부분과 형상기억합금 와이어(봉) 부분으로 나눌 수 있고 추가적 옵션으로 복원성 강화를 위한 스프링 설치가 가능함. [최종목표] 1차년도 연구개발 목표는 다음과 같다. 첨단 신소재를 활용하여 자기치유와 원상복원이 가능한 새로운 브레이싱(가새) 댐퍼 시스템 장치를 개발하고 실험체 제작을 위한 상세 설계 완성하며 실험체를 제작하고 재료 및 구조 실험을 위한 준비 작업을 수행한다. 2차년도 연구개발 목표는 구조실험을 실시하여 실험결과의 분석을 통하여 물리적 성능을 검증하고 평가하며 실험 결과를 바탕으로 정밀한 유한요소 해석을 수행하여 설계 파라미터별 댐퍼 시스템의 복원성 및 에너지 소산 능력과 같은 역학적 메커니즘을 파악하고 시스템을 장착한 프레임 구조물에 대한 프레임 모델의 제작과 수치해석을 통하여 시스템의 요소적 성능 파악과 부가적 평가 업무를 수행한다. [연구내용 및 범위] 본 연구에서는 첨단 신소재를 활용하여 자기 치유와 원상 복원이 가능한 새로운 브레이싱(가새) 댐퍼 시스템의 개발에서부터 성능검증까지를 수행한다. 먼저 시스템에 사용될 신소재의 물성치 특성을 파악하고 수치해석에 활용되는 모델을 개발한다. 시스템에 사용되는 지능형 형상기억합금은 상온에서 하중제거 만으로 원형이 복원되는 자기치유 성능을 보유한 첨단 신소재이며 이를 브레이싱 댐퍼 장치에 활용한다. 초탄성 형상기억합금의 재료적 거동을 파악하기 위해 해석 프로그램을 사용하여 수치해석 방법으로 모사한다. 이후 시스템에 대한 역학적 거동 원리와 개념을 정립하고 이를 토대로 첨단 소재와 융합된 새로운 댐퍼 시스템을 개발한다. 초탄성 형상기억합금의 깃발모양 이력 거동은 자기 치유와 원형 복원이 가능하도록 구조물에 복원력을 제공하며 아울러 댐퍼 시스템에 추가의 복원력을 제공하기 위하여 별도의 스프링 장치의 설치가 가능하다. 복원력은 댐퍼 시스템에서 발생하는 잔류 변형을 줄여주는 역할을 담당하여 마찰력과 적절히 조율한다면 잔류 변형 발생을 최소화 하면서 강도증진, 에너지 소산 능력을 최대로 향상시키는 최적인 시스템 설계가 가능하다. 개발된 댐퍼 시스템에 대한 물리적 성능을 검증하기 위하여 상세 설계를 실시하고 실험체에 대한 반복 하중 실험으로 댐퍼의 종류별 복원력과 에너지 소산 능력을 평가한다. 이때 얻어진 실험 결과를 바탕으로 다양한 설계 파라미터 별 유한요소해석 모델을 제작하고 해석결과를 바탕으로 최적의 설계 방식을 도출한다. 마지막으로 구조물 내에서 댐퍼 시스템이 미치는 영향력을 파악하기 위하여 시스템을 장착한 프레임 구조물에 대한 모델을 제작하고 수치해석을 통한 시스템의 요소적 성능 파악과 부가적 평가를 실시한다. 이를 위해 2차원 구조해석이 가능한 프레임 구조물을 설계하여 개발된 시스템에 대한 적용 및 해석을 수행하고 해석결과의 비교 분석을 통하여 시스템의 우수성을 입증하고자 한다. (핵심1) 별도의 열처리 없이 상온에서 하중제거 만으로 원형으로 복원되는 자기치유(Self-healing) 성능을 보유한 첨단 신소재인 초탄성 형상기억합금을 지진피해 저감이 가능한 브레이싱 댐퍼 장치에 활용함 (핵심2) 첨단 신소재를 활용한 내진보강용 브레이싱 댐퍼 장치를 개발하고 거동 원리를 정립하여 시스템의 개념 및 상세 설계를 완성 (핵심3-1) 재료 및 구조실험을 위한 내진보강용 브레이싱 댐퍼 장치의 시험체 설계를 검토하고 선정 (핵심 3-2) 시스템에 활용되는 초탄성 형상기억합금, 강재의 물성을 검증하기 위한 재료 실험을 수행함 (핵심 4) 첨단 신소재를 활용한 내진보강용 브레이싱 댐퍼 장치에 대한 3차원 정밀 유한요소 해석 모델을 개발하고 수행 (핵심 5) 본 연구에서 제안하는 댐퍼 장치의 현장 적용 가능성을 검증하기 위한 구조물 설계와 수치해석 모델을 개발하여 비선형 동적해석을 수행 |
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| 색인어 | 한글 | 신소재 | 스마트 댐퍼 | 초탄성 거동 | 복원력 | 스프링 |
| 영문 | New materials | Smart damper | Superelastic Behavior | Recentering Force | Spring | |
| 최종보고서 | 최종보고서_인천대학교, 에스코알티에스.pdf | |||||