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유한요소해석 ansys 구조해석 평가A+최고예요

기호C : 풍압계수P : 풍압 [Pa]p : 공기의 밀도[kg/]v : 풍속[m/s]서론요즘 대형 파라솔은 신호등 섬이나, 수영장, 공원 등 쉽게 볼 수 있다. 신호등 파라솔의 경우 크기가 매우 커 성인 남성15명을 비나 햇빛으로부터 막아 줄 수 있을 정도로 크다. 사진 SEQ Figure * ARABIC 1. 도시에 설치된 파라솔크기가 큰 만큼 바람에 취약하다. 서울 수도권에는 풍속은 속초, 강릉지역에 비해 세지 않아 대형파라솔을 설치해 운용하는데 큰 문제는 없다. 그러나 비가 많이 내리고 자외선이 강한 속초, 강릉 지역엔 평균 풍속이 세서 파라솔을 설치 하는데 많은 우려가 된다. 기상청의 과거기상관측자료를 참고하여 2017년 12월 서울, 강릉의 평균 풍속을 비교해봤다.2017년12월1일~28일 서울 평균풍속1.61.71.52.42.01.11.71.81.02.02.52.11.70.91.02.01.91.03.01.91.21.11.01.21.01.41.31.0표1. 서울의 평균풍속2017년12월1일~28일 강릉 평균풍속3.02.93.53.84.02.92.23.73.23.04.84.83.03.33.33.94.13.23.33.03.63.93.21.94.43.64.43.6표2. 강릉의 평균풍속2017년 12월 서울의 평균풍속은 1.57m/s, 강릉은 3.31m/s로 서울 지역 보다 약 2배 이상 높았다. 풍압은 속도의 제곱에 비례하기 때문에 강릉 지역에 대형 파라솔을 설치할 경우 서울 수도권 내에 설치되는 대형 파라솔 보다 이론상 4배 더 튼튼하게 설계 되어야 한다.2. 설계파라솔을 설계 하기 위해 파라솔 제작 업체에 있는 파라솔의 실제 사이즈를 참고하였다.사진 SEQ Figure * ARABIC 2. 실제 파라솔 설계도위 사진을 참고 하여 ANSYS프로그램으로 그림을 1/10 크기로 그렸다.사진 SEQ Figure * ARABIC 3. 파라솔 디자인설계 할 때 1/10 의 크기로 축소 해서 설계했다. 이유는 mesh작업할 때 학생용 버전에는 크기 제한이 걸리기 때문에 크기를 축소 해서 그렸다. 또한 가림막(원뿔면) 을 0.1mm 정도(매우 얇은) 두께로 설정하고mesh작업을 시행 했을 때 오류 때문에 가림막의 두께를 1cm로 설정 한 후 mesh작업을 시행 하였다.이 대형 파라솔은 가림막을 제외한 모든 부분이 강철로 이루어 져 있으며, 우측 하단 4개의 볼트가 파라솔 전체를 지지해 주는 역할을 하고 있다 따라서 볼트의 두께가 파라솔을 지지하는데 중요한 요인임을 짐작 할 수 있다. 또한 봉의 경우 가운데 역시 비어있는 형태이기 때문에 풍력에 의한 힘을 고려해 봉의 두께를 잘 고려해야 경제적이고, 튼튼한 파라솔을 설계 할 수 있을 것이다.파라솔의 바닥 부분은 정사각형의 두꺼운 철판이 파라솔과 지면을 이어서 고정해주는 역할을 하고 있다.태풍이 불거나 했을 때, 나무의 뿌리가 뽑히는 것처럼, 대형파라솔을 접지 못하고 펴둔 채로 태풍을 맞이했을 경우 파라솔 또한 밑에 부분은 엄청난 하중이 걸려 뽑히거나 꺾일 것이다.이러한 이유 때문에 시중에 나와있는 대형 파라솔 업체는 기초콘크리트를 (550x550x600) 시공 한 후 파라솔크기에 비례하도록 볼트 길이를 10/15/20 cm, 아래 정사각형 베이스 규격을 (50x50, 35x35)로 규정하고 있다.3. 풍압과 경계조건… (1)위 식은 풍압을 구할 수 있는 공식이다. 풍압은 풍압계수와 밀도에 비례 하는데 이 두 값은 자연환경에서 외부 요인에 따라 변하는 요인이 매우 많기 때문에 계산하기 어려워 일정한 값으로 두고 계산할 것이다. 공기의 밀도는p=1.225kg/, 풍압계수 C=1.2 라 하자.속초, 강릉, 고성지역에 강풍이 불 때 풍속은 최소15m/s ~ 순간40m/s 의 범위를 가지고 있다. 실제로 강풍주위보가 발령되었을 때 건장한 성인 남성이 밖에 혼자 서 있기 조차 힘들다.풍속을 15m/s ~ 40m/s 라 했을 때 풍압은 (1)공식을 이용하여 165.375Pa ~ 1176Pa로 계산 할 수 있다.바람의 방향을 예측하기 어려워 파라솔의 가림막에 수직 방향으로 바람이 분다고 가정 하고 사진5 와 같이 풍압을 가했다.사진 SEQ Figure * ARABIC 5. 가림막의 수직 방향으로 풍압 적용고정 점은 사진6과 같이 파라솔의 정사각형 하단부를 지지해주는 4개의 볼트 옆면과 밑면 총 8면에 주었다.사진 SEQ Figure * ARABIC 6 파라솔의 고정점그 후 압력165Pa, 1176Pa 해당하는 strain, stress값은 아래와 같다.사진 SEQ Figure * ARABIC 7. 165Pa일 때 Stress값사진 SEQ Figure * ARABIC 8. 165Pa일 때 Strain값사진 SEQ Figure * ARABIC 9. 1176Pa일 때 Stress값사진 SEQ Figure * ARABIC 10. 1176Pa일 때 Strain값사진7~10을 보았을 때 앞서 예상했던 것과 같이 볼트 부위에 집중적으로 하중이 분포함을 알 수 있었다. 또 새롭게 알게 된 사실은 풍압 값만 다르게 주었는데 stress, strain의 분포도는 전 후 차이가 없으며 최대 stress와 strain값 만 바뀌었다.4.결론사진 SEQ Figure * ARABIC 11. 파라솔의 Deformation사진11은 파라솔의 변형을 나타낸 것이다. 하중이 가해졌을 때 상단 부분에 변형이 비교적 많이 일어난다는 것을 알 수 있다. 파라솔의 상단부의 변위를 줄이기 위해 봉의 단면 관성모멘트를 증가 시키거나 물성치를 증가 시키는 것이 있는데, 물성치를 바꾸는 것은 비용적 부담이 크기 때문에 관성모멘트를 증가시키기 위해 봉의 두께를 증가시키는 것이 바람직하다.또한 평균 풍속만 고려 했을 때 파라솔을 4배 튼튼하게 설계 하면 되지만 강풍의 경우 평균 풍속보다 4~5배 강하기 때문에 이론상 약25배 강하게 설계 해야 한다. 강풍이 불었을 경우 파라솔 관리인이 파라솔을 접어 따로 관리를 하면 되므로 강풍의 경우를 제외 하면 지면과 파라솔 봉을 고정시키는 정사각형 철판을 원래 두께보다 100% 증가 시키고, 볼트의 크기 또한 100% 증가 시키면 이상적이라는 것을 알 수 있다후기바람이 구조물에 작용하는 하중에 대해 분석을 했다. 풍압은 풍압계수라는 단어를 처음 접했고, 이 값을 정하는데 어려움이 있어 논문들을 찾아보았지만 일반화 하기가 쉽지 않았다. 또한 온도, 습도, 구조물 형태에 따라 풍속이 달라지는데 변수가 워낙 많아 이 문제에 대해 고려하지 못했던 점이 아쉬웠다.설계에 관해서 풍속의 방향과 온도 습도를 고려 하지 못해 구조해석 할 때 더 정확한 값을 산출하지 못해 아쉬웠다.참고문헌(1). Nam, Byung-Hee, You, Jang-Youl, You, Ki-Pyo, Kim, Young-Moon. 2018.4 “Study on Peak Wind Pressure Distribution Distribution of Rooftop Signboard”(2). You, Jang-Youl, Nam, Byung-Hee, Kim, Young-Moon. 2017.“Distribution of Wind Pressure Coefficients Depending on Separation Distances of Protruding Signboard”(3). Kim, Dong - Woo, Jung - Chul, Kim, Jae - Min, Joo, Seok - Jun2009“Characteristics of Wind Pressure on the Platform Screen Door due to Train Wind”(4). Jong Seop Oh 2017“Estimation on the Turbulence Characteristics of Daily Instantaneous Maximum Wind Velocity”(5). Park, Kwon Ho, Lee Young Woo, Hee Chang. 2018Wind Tunnel Experiment for Wind Pressure Distribution of Non-typical type Tall Buildi강풍에 강한 대형파라솔의 최적 설계Optimum design of large umbrella with strong windKey word : 풍압, 풍력계수, stress, strainAbstract최근 서울시 기준으로 신호등 섬에 대형파라솔을 설치하여 무더위에는 그늘이 되고, 비가 올 땐 비를 막아주는 대형파라솔이 곳곳에 설치되고 있다. 수도권 지역부근에는 평소에 바람이 세게 불지 않아 파라솔을 설치하고 운용하는데 지장이 없으나 속초, 강릉 지역엔 강풍이 자주 찾아와 대형파라솔을 설치/운용 하는데 큰 지장이 있다. 강풍이 부는 환경에 적합한 대형파라솔을 설계 할 것이다.

공학/기술| 2019.04.17| 7페이지| 2,000원| 조회(742)

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