R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515CTAP-C078944-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 지진 취약지역에 시설물 보호를 위한 변위제어 및 원형치유가 가능한 지진동 격리용 스마트 면진 시스템의 원천기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-08-14 ~ 2016-08-26 | |||||
| 연구책임자 | 허종완 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
3명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
6명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 100,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 100,000,000 원 |
|||
| 연구기관명 | 인천대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001582-01 | |||||
| ISBN | 9788996358152 | |||||
| 주요 내용 |
본 연구에서는 기존의 면진 시스템에 진동격리와 기본주기 변화로 인한 구조물에 전달되는 지진력 저감 효과의 장점을 살리고 미끄러짐 마찰과 소성응력 때문에 받침 장치에서 발생하는 잔류변형을 제거하며 영구변위로 인해 발생하는 손상으로부터 스스로 복원이 (Self-centering or Self-healing) 가능한 스마트한 면진 시스템 장치를 개발하는데 초점을 맞추어 진행하고자 한다. 이러한 시스템 개발의 목적을 달성하기 위하여 기존에 면진 받침 장치에 자동복원이 가능한 형상기억합금과 (SMA: Shape Memory Alloy) 변위제어를 위한 원격 열처리 센싱 장치를 통합하여 설치한다. 본 연구를 통하여 개발된 스마트한 면진 시스템의 활용 및 성능의 우수성을 입증하기 위하여 이를 설치한 프레임 구조물을 직접 설계하고 고등적인 유한요소 해석 모델을 개발하여 실재 지진 데이터를 활용한 비선형 동적 동적해석을 수행하여 최대 처짐, 층간 잔류변위 및 부재내 소성힌지의 발생 여부 등을 조사하여 성능을 평가한다. 따라서 본 연구에서는 새로운 시스템 개발, 해석을 통한 시스템의 비선형적인 거동 재현 및 해석으로부터 얻어진 결과 데이터의 통계적인 분석과 확률을 기반으로 한 새로운 평가방식을 제시함으로 내진과 관련하여 일련의 과정을 가지고 연구수행에 있어 전주기적이고 독자적인 기틀을 마련하고자 한다. [최종목표] 원형복원이 가능한 신소재를 활용하여 변위제어 장치를 개발하고 이를 새롭게 개발된 지진동 격리용 면진 받침에 통합적으로 설치하여 외부로부터 전달되는 응답에 능동적으로 대처 가능한 새로운 스마트 시스템의 기초·원천적인 핵심기술 개발을 기본적인 목표로 한다. 본 시스템의 기초기술 개발을 위한 기본 개념을 정립하고 시스템에 대한 핵심 설계의 완성과 더불어 에너지 소산성과 손상 복원성과 같은 역학적 거동 특성의 원리 규명과 내진 성능의 검증을 위한 해석모델 개발 및 비선형 유한요소 해석을 실시하고 구조물 내에서 적용할 경우 실효성과 성능적인 우수성을 해석을 통하여 검증한다. 시제품 제작과 실용화를 위한 사전 단계의 연구로써 본 시스템에 대한 기초·원천 핵심기술 개발을 위한 전반적인 연구를 수행한다. [연구내용 및 범위] 첨단 신소재인 니티놀 형상기억합금을 활용한 스마트 면진 시스템의 원천기술 개발 및 상세설계를 실시하고 현장적용에 대한 성능적 우수성을 검증을 위하여 고등적인 해석모델 개발 및 해석결과 평가·분석을 수행한다. 니티놀 형상기억합금의 초탄성적인 거동특성 분석을 통한 재현 가능한 사용자 정의의 재료 모델을 완성한다. 이러한 재료를 활용한 스마트 면진 시스템 개발 및 상세 설계를 완성한다. 시스템의 성능 검증을 위하여 사용자 정의의 재료 모델과 결합한 정밀한 유한요소 해석모델을 개발하고 각 설계 파라미터별로 비선형 해석을 수행하고 해석 결과를 분석한다. 재료의 형상기억효과로 인하여 원상치유가 가능한 니티놀 합금을 사용하여 지진 응답에 직접적으로 대응하는 원형복원 장치로 제작하고 이를 진동저감, 충격흡수 및 변위제어가 가능한 지진동 격리용 면진 받침 시스템 내에서 통합적으로 설치한 새로운 시스템 장치를 개발하고 이를 구체화할 설계와 해석기술에 관한 원천기술 개발에 초점을 맞추어 연구를 수행. 3단계로 나누어 연구를 수행하며 1단계에서는 개발하려는 시스템의 역학적 거동 원리와 이론을 규명하고 변위제어와 원형복원 측면에서 최적화 개념을 도입하여 부속품을 포함한 장치 전체의 상세적인 설계를 실시하여 도면을 완성. 2단계에서는 시스템의 작동 원리를 규명하고 비선형적인 거동을 예측하고자 해석 모델을 개발하고 정밀한 유한요소 해석을 실시. 해석 결과를 분석하여 국부적인 시스템의 성능적인 평가와 이상화된 거동 모델을 완성한다. 3단계에서는 본 연구에서 개발된 시스템 장치의 적용이 가능한 교량, 빌딩, 원전 등과 같은 시설물들을 설계하고 수치해석 모델을 완성하여 비선형 동적 해석을 실시한 후 결과를 분석하여 시스템 설치 유무에 따른 지진피해 저감 효과와 성능적인 우수성을 입증하고자 한다. 개발된 시스템의 현장 적용과 지진피해 저감 효과에 대한 성능 검증을 목표로 한다. 이를 위하여 현장 적용을 위한 빌딩 구조물을 설계를 하고 시스템을 장착한 해석 프레임 모델을 개발하여 실재 지진 데이터를 활용한 비선형 동적해석을 실시한다. 주어진 데이터를 통하여 최대 및 잔류 처짐을 조사하고 확률·통계를 기반으로 위험도 및 지진 취약성 분석을 통하여 성능을 검증하도록 한다. 기존의 면진 시스템에 진동격리와 기본주기 변화로 인한 구조물에 전달되는 지진력 저감 효과의 장점을 살리고 미끄러짐 마찰과 소성응력 때문에 받침 장치에서 발생하는 잔류변형을 제거하며 영구변위로 인해 발생하는 손상으로부터 스스로 복원이 (Self-centering or Self-healing) 가능한 스마트한 면진 시스템 장치를 개발한다. |
|||||
| 색인어 | 한글 | 형상기억합금 | ||||
| 영문 | Shape Memory Alloys | |||||
| 최종보고서 | 최종보고서요약서_인천대하교 허종완.pdf | |||||