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과제기본정보

하이브리드 마찰재를 적용한 다중 마찰댐퍼 시스템의 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 22TBIP-C160672-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 적용분야 제조업(전기 및 기계장비)
2순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 실용화대상여부 실용화
3순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 과제유형 개발
과제명 하이브리드 마찰재를 적용한 다중 마찰댐퍼 시스템의 개발
주관연구기관 (주)제이원산업
총괄연구 책임자 성명 김성배
소속 (주)제이원산업 직위 부사장
기관 대표번호 0317539991 FAX 050703339530
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2023-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 440,000,000 20,545,000 184,900,000 205,445,000 645,445,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 본 연구에서 사업화하고자 하는 기술은 현재 정부차원에서 적극적으로 지원하고 있는 내진보강사업에 바로 적용 가능한 기술로서 제진공법의 하나인 마찰댐퍼에 관한 것임.
○ 마찰 제진댐퍼는 접촉하는 두 개의 물질에 상대변위가 발생하여 접촉부가 미끄러지는 것으로 인하여 미끌림 방향과는 반대로 마찰력이 발행하여 건물의 진동에너지를 열에너지로 흡수하는 댐퍼임. 마찰 제진댐퍼의 이력모델은 강성감소, 강도감소 및 핀칭 등이 거의 없기 때문에 댐퍼의 항복하중이 동일한 경우 에너지 소산형 제진댐퍼 중에서 가장 큰 에너지 소산면적을 확보할 수 있음.
○ 본 기술은 기존의 마찰댐퍼의 마찰재로 사용되는 고무, 금속 등의 재료를 초고분자 복합재료의 일종인 UHMWPE (Ultra-high molecular weight polyethyelene) 로 대체하여 작은 진동 및 큰 진동에도 대응할 수 있도록 하였으며, 마찰력이 발생하는 내부 구조를 여러 층으로 적층하는 다중마찰 방식을 적용하여 댐퍼의 소형화 및 경제성을 확보할 수 있는 다중 마찰댐퍼임. 또한 발열구조와 고강도 Disc spring을 적용하여 품질관리 및 정밀도를 향상시키고 마찰댐퍼 연결부에 스페리컬 베어링을 도입한 힌지구조 설계로 면외하중에 대한 댐퍼시스템의 안정성을 향상시켰음. 특히 토크렌치에 의한 마찰력 조절 및 성능복원이 가능한 유일한 댐퍼로 정기적인 유지점검이 가능한 제품임.
○ 개발된 마찰댐퍼의 구조형식은 기존의 회전형 방식이 아닌 슬립형 방식이며 설치형태는 가새형(Brace-type) 방식으로 적용함.
최종목표 ○ 기존 내진보강장치의 단점을 개선하기 위해 도출된 요구성능인 정밀도, 기능성, 소형화 등의 기술 고도화를 통해 제품의 품질 향상, 설계의 간소화, 제품의 소형화 및 경량화, 가격 경쟁력 확보, 시공성 향상, 안전성 향상, 유지관리 기능 등이 확보된 최적의 내진보강 시스템을 제품화하여 사업화 하는 것을 목표로 하고 있음
- 하이브리드 마찰재를 적용한 다중 마찰댐퍼 개발
- 사업화를 위한 설계/시공 매뉴얼 개발
- 구조물 및 댐퍼 해석을 위한 수치해석모델 개발
- 성능인증, 신기술, 공인성적서 등의 확보
- 사업화 매출 실적 확보
연구내용 및 범위 ○주관연구기관(제이원산업)
- 디스크 스프링의 성능개선을 위한 수치해석 및 형상설계
- 형상 설계된 디스크 스프링 및 볼트 슬롯 배치도 설계
- 형상 설계된 디스크 스프링의 제작
- 형상 설계된 디스크 스프링의 압축력 검토
- 기존 디스크 스프링과 형상 설계된 디스크 스프링의 성능 비교
- 가력시험을 통한 디스크 스프링의 성능 검토
- 디스크 스프링의 최적화 및 성능 검토
- 비즈니스 모델 수립
- 형상 설계된 디스크 스프링 배치에 따른 다중 마찰댐퍼의 성능 변화 검토
- 형상 설계된 디스크 스프링 및 볼트 슬롯 배치 최적화
- 디스크 스프링 어긋남 방지를 위한 기구 설계 및 제작
- 볼트 보호용 Cap 설계 및 제작
- 시스템 조합 거동을 위한 철골 프레임 시험체 설계 및 제작
- 다중 마찰댐퍼 시스템에 대한 성능 검증 및 분석
- 국방신기술/우수제품 선정
- 현장 적용성 검증을 위한 테스트 베드 구축
- 현장 테스트 베드 모니터링을 위한 계측 시스템 구축
- 다중마찰댐퍼 시스템 적용을 위한 시공매뉴얼 제작
- 사업화를 위한 홍보자료 및 카탈로그 제작
- 다중마찰 제품의 성능 인증 획득(조달물품 등록 추진)
- 사업화를 통한 매출 실적 확보

○ 공동연구기관 1(브이테크)
- 다중 마찰댐퍼의 마찰재 성능분석
- 마찰재료에 따른 마찰댐퍼의 마찰 거동 분석
- 마찰재의 마찰계수 도출
- 마찰재의 마찰계수 조절을 위한 플레이트 표면 거칠기 최적화
- 마찰재의 성능 검증을 위한 다중마찰 댐퍼 시험체 제작
- 마찰재 종류에 따른 다중 마찰댐퍼의 반복성능 검토
- 최적 하이브리드 마찰재 조합 선정 및 플레이트 제작
- 내부 마찰재 배치도 및 댐퍼 형상 설계
- 하이브리드 마찰재를 적용한 다중 마찰댐퍼의 시작품 제작
- 도입 장력에 따른 다중 마찰댐퍼의 성능 검토
- 반복하중에 따른 다중 마찰댐퍼의 성능고도화 및 이력거동 최적화
- 최종 제품에 대한 표준 설계도 및 시제품 제작
- 다중마찰댐퍼 적용을 위한 3차원 상세 비선형 수치해석 모델 개발
- 테스트 베드 구조물의 내진해석 및 설계
- 다중마찰댐퍼 시스템 적용을 위한 설계 프로세스 구축
- 다중마찰댐퍼 시스템 적용을 위한 설계매뉴얼 제작

○ 공동연구기관 2(KCL)
- 마찰재 종류에 반복성능 시험검토
- 디스크 스프링을 적용한 댐퍼의 가력 성능 검토
- 댐퍼의 성능 인증을 위한 시험방법 및 품질기준(안) 작성
- 다중마찰댐퍼의 시작품 제작에 대한 이력 성능 시험
- 다중마찰댐퍼 시스템에 대한 성능 시험
- 댐퍼에 대한 품질인증 Q마크 획득
- 최종시제품에 대한 품질검사용 성능 검사
- KBC 2016 및 KDS 41 17 00에 따른 장치 원형시험
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 ○ 주관연구기관(제이원산업): 디스크 스프링의 형상설계
○ 공동연구기관 1(브이테크): 하이브리드 마찰재의 조합 설계
○ 공동연구기관 2(KCL): 다중마찰댐퍼의 성능 검증
○ 주관연구기관(제이원산업):
- 디스크 스프링의 성능개선을 위한 수치해석 및 형상설계
- 형상 설계된 디스크 스프링 및 볼트 슬롯 배치도 설계
- 형상 설계된 디스크 스프링의 제작
- 형상 설계된 디스크 스프링의 압축력 검토
- 기존 디스크 스프링과 형상 설계된 디스크 스프링의 성능 비교
- 가력시험을 통한 디스크 스프링의 성능 검토
- 디스크 스프링의 최적화 및 성능 검토
- 비즈니스 모델 수립
○ 공동연구기관 1(브이테크):
- 다중 마찰댐퍼의 마찰재 성능분석
- 마찰재료에 따른 마찰댐퍼의 마찰 거동 분석
- 마찰재의 마찰계수 도출
- 마찰재의 마찰계수 조절을 위한 플레이트 표면 거칠기 최적화
- 마찰재의 성능 검증을 위한 다중마찰 댐퍼 시험체 제작
- 마찰재 종류에 따른 다중 마찰댐퍼의 반복성능 검토
- 최적 하이브리드 마찰재 조합 선정 및 플레이트 제작
○ 공동연구기관 2(KCL):
- 마찰재 종류에 반복성능 시험검토
- 디스크 스프링을 적용한 댐퍼의 가력 성능 검토
- 댐퍼의 성능 인증을 위한 시험방법 및 품질기준(안) 작성
연구성과 기술적 기대성과 ○ 마찰형 제진장치의 원천기술 개발로 국가 기술력 제고
○ 세계 최고수준의 고성능 내진보강 장치 및 개발 기술 확보
○ 하이브리드 마찰재 적용으로 소형화 및 중량 감소 기술 확보
○ 다중 적층 구조로 소형화 및 중량 감소 기술 확보
○ 선진국 대비 낙후된 기술 분야에 대한 국내 기술력 향상
○ 반복 정확도 오차 10%이하의 고정밀 제품 생산 가능 (기술고도화)
○ 고탄성 디스크 스프링의 적용으로 품질변동 최소화
○ 스페리컬 베어링 시스템의 도입으로 면외하중에 대한 저항성 향상
○ 제진장치 중 유일하게 공용 중 성능검사가 가능한 기술(토크값 비교)
○ 우수한 에너지 흡수 능력으로 내진보강 개소 감소
○ 디스크 스프링의 개수 조절에 따라 댐퍼의 설계용량을 변화(가변성 확보)
사회 경제적 파급효과 ○ 지진 및 자연재해로부터 구조물의 안전성 향상
○ 토크렌치에 의한 주기적인 성능 점검이 가능하여 안전성 향상
○ 국가 주요구조물에 대한 지진 안전성 확보로 대국민 신뢰도 향상
○ 저비용 보강으로 노후구조물의 내진율 향상
○ 내진보강분야 전문 인력 양성 및 후속 연구의 기초자료로 활용 가능
○ 지진 발생 시 국민의 생명보호와 재산, 사회적 혼란 방지
○ 국가 주요 문화재산 보전 가능
○ 구조물 내진성능 강화 및 지원하려는 정부정책에 부합
○ 지진에 대한 안전성 향상으로 국민들의 삶의 질 향상 및 국가적 이미지 제고
○ 효율적인 보강기술로 유지관리비 절감효과 (생애주기비용 절감)
○ 구조물의 수명연장 및 고성능화에 따른 경제적 효과
○ 공장제작 제품으로 공사기간 단축 (약 1개월 소요)
○ 제품의 소형화 및 가공비용 절감을 통한 경제성 확보 (제품가격 15% 저렴)
○ 순수 국내기술 개발로 수입제품의 대체효과 및 외화유출 방지
○ 기술경쟁력 상승으로 역수출 가능
○ 양산시스템의 대형화와 판매를 위한 일자리 창출
○ 건축, 토목 분야의 내진성능 향상을 위한 투자효과 기대
○ 내진보강기술 고도화로 안전성 향상과 지진피해감소 및 복구비용 절감
○ 신산업 창출 및 관련 산업 활성화 가능(면진, 받침 및 기계, 정밀 분야 등)
○ 고부가가치 보강기술 개발로 국제 기술 경쟁력 강화
활용방안 ○ 본 연구에서 개발하는 제품은 지진 및 진동에 대한 안전성이 확보되지 않은 구조물의 내진성능 향상과 진동 저감을 목적으로 하며 현재 정부차원에서 적극적인 내진사업을 추진 중인 국방부, 공공기관, 학교 등에 우선적용 할 수 있음
○ 본 연구에서 개발한 다중마찰댐퍼 제품을 활용할 수 있는 대상은 정부에서 추진 중인 내진보강사업 대상을 포함하여 다음과 같음
- 비내진 건축 구조물의 내진보강 공법으로 활용
- 학교, 관공서, 공공기관 등의 건축물 내진보강 공법으로 활용
- 원자력 및 화력 발전소 등의 기계설비 구조의 진동저감 및 내진보강 장치로 활용
- 국방부 주요 시설물에 대한 진동 저감 장치 및 내진보강 공법으로 활용
- 은행, 정보기관 등 지진 및 진동에 의해 피해를 입을 시 사회적 혼란을 야기할 수 있는 구조물에 대한 재난예방 공법으로 활용
- 반도체 공장의 지진 및 진동에 의한 제품의 불량률을 저감시키기 위한 방진공법
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 다중마찰댐퍼 하이브리드 마찰재 디스크 스프링 볼트 슬롯 내진보강
영문 Multi-Friction Damper Hybrid Friction Material Disc Spring Bolt Slot Seismic Retrofit
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