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> 박도현 님의 글 "[질문]진동에 강한 구조물의 설계방법"
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> 조립한 제품이 진동에 강하도록 설계할려고 합니다.
> 진동은 sine파 또는 random으로 주어질때 어떻게 설계해야만
> 국부적으로 구조물의 파손을 최소화할수 있을지 궁금합니다.
> 참고적으로 설계할 제품은 plate형상이며 여러 부품들이 스크류
> 또는 서로 맞다아서 조립되어 있습니다. 감사합니다.
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-------------- 답 변 --------------
앞사람이 자세히 설명해서 추가적인 부분만 하겠습니다.
일반적으로 대학교에서 배우는 과정은 주로 정적인 하중에 의해서 제품이 파손되는 경우에 대해서만 배웁니다. 이런것들중에 Yielding strength(항복강도), tesile strength(인장강도)가 있으며 이것을 기준으로 제품을 설계하는것으로 배웁니다. 하지만 실제 제품은 사용환경에서 반복적으로 하중을 받으며 이러한 반복하중에 의해서 제품의 응력 집중부에 균열이 발생(Crack initiation)하고 이 균열이 성장(Crack growth)하여, 최후에는 파단(Fracture)합니다. 기계구조물은 일반적으로 균열발생단계를 파손으로 인정하여 이러한 파손이 발생하는 반복응력을 피로강도(Fatigue strength)라 하고 이 값은 인장강도보다도 낮은 값입니다. 그러므로 실제 제품은 이러한 피로강도를 기준으로 설계를 해야 합니다.
하지만 이러한 피로발생도 2가지로 평가해야 합니다. 첫째는 우리가 흔히 말하는 반복하중에 의한 피로(fatigue)영역이며, 이러한 개념은 외부하중및 가진이 제품의 가장낮은 고유진동수(fundamental Resonance frequency)이하의 주파수로 인가될때를 기준으로 합니다. 하지만 박도현님같이 plate구조물은 가장낮은 공진주파수는 매우 낮아 외부 가진 및 하중의 주파수보다도 낮을 경우가 많습니다. 이러한 경우는 흔히말하는 진동피로(Vibration fatigue or Cyclic endurance fatigue)관점으로 평가및 개선 설계를 해야 합니다. 그 이유는 공진주파수를 가지는 하중에 의해서 발생하는 응력은 같은 하중으로 정적인상태에 의해서 인가된 응력에 비해 수배, 혹은 수십배의 응력이 발생할수 있습니다. 그 이유는 입력에 비해 구조물은 공진주파수에서 매우 큰 응답을 하기때문입니다. 그러므로 사전에 전산응력해석(FEM)을 통해 충분히 안전하게 설계했는데 균열이 발생하여 파손하는 경우가 발생할수 있습니다. 일반적으로 피로설계도 매우 힘든데 이러한 진동피로 설계관점으로 설계 및 평가는 매우 어렵습니다. 그러므로 가장 쉬운 방법은 앞사람이 설명했듯이 무조건 외부인가 하중의 주파수범위보다도 설계된 시스템의 fundamental resonance frequency가 높아야 합니다. 정 이 보다 높일수 없으면,
1. 가능한 fundamental resonance frequency를 높인다.
2. 제진제를 사용해서 공진에서의 Peak를 줄인다.
와 같은 방법을 사용해보십시요. Vibration fatigue 부분의 평가는 아직까지 확실하게 예측하기가 매우 어려우므로 시도할생각은 마시고, 정하고 싶으면, 전산해석 software인 NASTRAN을 이용해서 시도해보십시요. 이부분을 깔끔히 마무리하고 싶다면
1. 전산응력해석 지식 및 FEM package 사용방법
2. 피로 수명예측방법
3. 진동해석방법
의 기존 지식이 있어야 합니다.

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> 박도현 님의 글 "[질문]진동에 강한 구조물의 설계방법"
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> 조립한 제품이 진동에 강하도록 설계할려고 합니다.
> 진동은 sine파 또는 random으로 주어질때 어떻게 설계해야만
> 국부적으로 구조물의 파손을 최소화할수 있을지 궁금합니다.
> 참고적으로 설계할 제품은 plate형상이며 여러 부품들이 스크류
> 또는 서로 맞다아서 조립되어 있습니다. 감사합니다.
-------------- 답 변 --------------
진동을 고려한 설계는 일반적인 설계와 다른 접근 방법이 필요합니다.

먼저 일반적인 구조물을 설계할 경우 구조물에 작용하는 외력을 충분히 고려하고 경험적인 안전률(충격, 진동) 고려하여 재료의 허용강도 혹은 피로한도 내에 있도록 설계를 합니다.

그러나 언급하신 경우에는 고려해야 할 사항이 많습니다.

먼저 진동이 sine, ramdom으로 존재한다고 하셨는데 일반적으로 ramdom으로 진동이 지속적으로 가해지는 경우는 거의 없다고 할 수 있습니다.
대부분 여러개의 주파수가 존재하거나 주파수가 일정 범위 안에서 변하는 정도라고 할 수 있죠.

따라서 시스템(구조물)에서 발생하는 진동 주파수의 범위를 알 필요가 있습니다.
그리고 구조물의 고유 진동수를 모드 해석을 통해 어떠한 고유진동수가 시스템에 존재하는지를 알아야 하는데 해석은 설계후 진동 해석을 통해 알수 있지만 최종적으로는 실험을 통해 검증되어야 합니다.

해석 혹은 실험을 통해 얻어진 고유진동수가 시스템에서 발생되고 있는 주파수 범위 내에 있다면 재설계를 통해 시스템의 고유진동수가 주파수 범위 밖에 있도록 설계를 해야 합니다.