프레임 구조물의 충격파 전파 특성을 이용한 내부 부품 손상 평가 모델 연구

Abstract

복합 구조물의 충격 진동 특성을 이용한 취약성 분석 기법을 제안하였다. 프레임 요소로 구성된 구조물의 충격 거동을 파악하기 위해서 스펙트럴요소법을 적용하였다. 티모센코 보함수를 이용해 고속충돌에 의한 고주파 성분을 포함하는 충격파 전파 특성을 시뮬레이션하였다. 구조물의 결합부분에서는 종방향과 횡방향 파동의 상호 작용을 고려한 파동 전달을 해석하였다. 충격력이 구조물에 작용할 경우 주파수 및 시간 응답을 얻고 전체 구조물에서 충격에너지 전파 특성을 파악하였다. 구조물의 위치별로 계산된 최대가속도 크기와 시스템을 구성하는 주요 부품의 허용 가속도 기준에 의한 취약확률 함수를 정의하고 시스템의 취약 확률을 계산하였다. 제안된 취약성 분석 절차를 이용해 3 차원 전투 차량의 충격 응답을 얻고 충격에 취약한 구조물 위치를 파악하였다.This work presents a vulnerability assessment procedure for a complex structure using vibration characteristics. The structural behavior of a three-dimensional framed structure subjected to impact forces was predicted using the spectral element method. The Timoshenko beam function was applied to simulate the impact wave propagations induced by a high-velocity projectile at relatively high frequencies. The interactions at the joints were analyzed for both flexural and longitudinal wave propagations. Simulations of the impact energy transfer through the entire structure were performed using the transient displacement and acceleration responses obtained from the frequency analysis. The kill probabilities of the crucial components for an operating system were calculated as a function of the predicted acceleration amplitudes according to the acceptable vibration levels. Following the proposed vulnerability assessment procedure, the vulnerable positions of a three-dimensional combat vehicle with high possibilities of damage generation of components by impact loading were identified from the estimated vibration responses.