이문수님의 글
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안녕하세요. 충격력을 구해야 하는데...
무게 4Kg인 물체를 30m/s의 속도로 0.2초 동안 진행하여 브레이크 장치에 부딪혀 정지를 하였습니다. 여기서 브레이크 장치는 Al소재의 원통형으로 한 면은 고정이 되어 있고, 제동거리 즉 100mm 소성변형을 일으키는 형태입니다. 여기서 제가 알고 싶은 것은 제동력 입니다. 제동력을 운동에너지 방식으로 구하면 아래와 같이 될 것 같구요.

-. 물체의 운동에너지 = 제동장치의 운동에너지

충격량으로 구하면

-. 물체의 충격량 = 제동장치의 충격량

으로 구해야 될 것 같은데...
어떤 방식으로 충격량을 구하면 되나요. 아니면 상기의 방식이 틀리다면 다른 방식으로 충격력을 구할 수 있는 방법이 있나요.
설계에 있었서 중요한 요소입니다.
답변 부탁드립니다.

----------------- [답 변] -------------------

수계산으로 하는 것은 불가능합니다.

물체의 운동에너지를 흡수하는 제동장치는 소성 변형에너지로 흡수 되기 때문에 제동장치의 고정 방식, 재질 특성, 형상에 따라 크게 좌우됩니다.

PamCrash와 같은 충돌 해석 프로그램을 통해 원하시는 파라메타를 조정할 수 있지만 최종적으로는 실험을 통해 검증 되어야 될 것으로 생각됩니다.

실험은 제동 장치 끝에 Load Cell로 하중을 계측하면 될 것 같구요 고속카메라가 있다면 더욱 좋은 실험이 될 것 같습니다.

예전에 충돌 해석 프로그램을 사용한 경험(직접한건 아님)에 의하면 실험 결과와 비교적 잘 일치했던 것으로 기억됩니다.(30%오차 정도)- 대신 해석시 가정할 여러 파라메터의 선정이 결과에 많은 영향을 미칩니다. 이 프로그램에 대해 여러번 사용한 경험자가 해야할 부분입니다.

충돌해석을 사용하면 각 시간대 별로 변형 양태, 충격력등이 계산되구요 최종적인 변형 형상등이 계산되기 때문에 실험에 의존하는 것 보다 Trial Error를 많이 줄일 수 있습니다.

감사합니다.

우선 에너지와 충격량의 정의에 대해서 잠시 설명하겠습니다.
중요한것은 둘다 사람이 계산을 위해서 임의로 만든 단위라는것 입니다.
운동에너지 = 1/2 X m X v^2 (잘 아시죠)
충격량 = m X v (짧은시간에 일어나는 운동의 변화를 나타내기 위해
만든 단위)
여기서 첫째 운동하는 물체는 운동에너지를 가지고 있지요.질문하신 물체는
1/2 X 4 X 30^2 = 1800(J) 의 운동에너지를 가지고 있군요.
두번째로 충격량이란 물체가 서로 충돌할때 고려되는 문제 입니다. 질문에서 브레이크라고 하셨는데... 단순히 브레이크라고 언급하시면 난감합니다. 운동하는 물체를 다른 물체에 충돌하게해서 정지시키는 경우 충격이
발생하므로 충격량을 계산할수 있지만 충돌에도 여러가지(탄성충돌, 소성충돌, 비스듬한충돌...)가 있어서 양으로 계산한다는게 의미가 없을것 같구요
다음 홈페이지에 보시면 도움이 될것 같습니다.
http://phys.kyungwon.ac.kr/internet-class/general-physics99/CH07/Ch07.htm
그리고 0.2초 라는 시간을 언급하셨는데.. 운동에너지와 시간과는 관계 없는거 아시죠.. 단지 동력(마력,kw 등..)을 계산할려면 필요하겠네요
저는 많이 알지는 못해서... 조금이나마 도움 됐으면 해요..