안녕하세요. 먼저 항상 대회를 위해 힘써 주셔서 감사합니다.
축전지 박스 보강재 규정 관련하여 의문이 생겨 도움을 얻고자 글을 올립니다.
관련 규정 : 제65조 8항 3호 (굽힘 하중을 전달하는 보강재 설치)
아래 그림과 같이 설계된 보강재 방식을 포함한 Esf를 제출하였고, 그 과정에서 별도의 수정 지시 없이 통과되었습니다.
하지만 현장 검차 과정에서 해당 보강재 방식에 대해 보완했으면 좋겠다는 피드백을 받았습니다.
저희 팀은 해석을 통해 얻은 수치를 통해 해당 보강재가 굽힘 하중을 충분히 버틸 수 있다고 판단했습니다.
아래의 보강재(ZX축)는 굽힘하중을 견디기 위해 저희가 채택한 방식입니다.
이 방식이 규정에 명시된 보강재로 볼 수 있는지 여쭤보고 싶습니다.
규정의 조항 번호는 매년 조금씩 변경됩니다. 추후 원활한 검색을 위해 질문을 작성하실 때는 참조하는 조항의 전문을 포함해 주세요.
검차 시 현장에서 받은 피드백의 내용은 무엇이었나요?
첨부하신 사진의 보강재가 규정을 만족시킬 수 있다고 판단한 근거가 무엇인가요?
네 알겠습니다 앞으로 잘 숙지하겠습니다.
검차관께서 말씀해주신 피드백은 zx 방면의 보강재의 보완을 말씀해주셨는데, 이 부분이 권고 사항이었는지 필수 사항인지 모호하여 질문 드렸습니다.
저희는 보강재의 굽힘하중을 전달하고 있다는 것을 확인하기 위해서, 앤시스 해석을 사용하였습니다. F = kx (힘 = 강성 x 변형량)입니다. 이때 강성이 증가했다는 것은, 보강재가 놀고 있는 것이 아니라 힘을 나눠서 버티고 있다고 보았습니다. 즉 규정에서 언급한 굽힘 하중을 전달하였다고 판단 하였습니다.
아래 해석은 강성을 확인 하기 위해, 용접부를 고정점으로 하고 볼트 구멍에 +x 방향으로 20kN을 주었을 때 zx면의 변형량을 보았습니다. 변형량은 보강재가 없을 때 보다 보강재가 있을 때 변형량이 21.3% 감소하였으며 이에 따라 강성은 26.6% 증가하였습니다.
따라서 강성의 증가로 굽힘 하중을 전달하고 있다고 판단하였습니다.
추가로 응력 집중 정도를 보았을 때 보강재가 없는 경우 모서리에 응력이 집중되는 모습을 확인했고, 보강재를 추가한 경우 응력이 분산되는 형태를 확인할 수 있었습니다.
우선, geometry 가 달라졌기 때문에 deformation 이 아니라 strain 이나 stress 를 보셔야합니다.
그리고 응력 집중이 많이 개선된 것으로 보이기는 하지만, 현재 contour 의 colormap 을 알 수가 없어 정량적으로 파악은 안됩니다. 위의 deformation 사진처럼 저 색상 부분이 어느정도 값인지 알 수 있게 사진을 주시는게 더 좋습니다
게다가 비교하시는 필렛 부분의 반경이 바뀌었기 때문에, 바뀐 변수가 보강재 유무만이 있는 것이 아니니까, 응력의 분산되는 이유가 단순히 보강재 때문만인지는 알 수 없습니다. 저 부분 반경이 커지는 것도 집중 응력 분산에 영향을 주니까요. 물론 보강재 역시 굽힘 방향의 두께가 두꺼워지는 것이니까 단면모멘트의 증가로 인해 응력 개선 측면에서 분명히 효과는 있습니다.
두 가지 측면에서 개선사항이 있어 말씀드렸던 겁니다. 굽힘 모멘트를 효과적으로 처리하느냐, 응력 집중을 완화해줄수 있느냐 입니다.
굽힘 모멘트를 효과적으로 처리하는 측면에서,하중이 x방향인 경우(y축 기준 모멘트) xz평면 보강재를 바라봤을 때 직사각형이면 보통 비효율적입니다. 굽힘 모멘트가 마운트의 벽면에서부터 볼트체결부(혹은 끝단) 까지 전반적으로 주요하게 작용하는 경우가 아닌 이상, 대부분 삼각형 보강재를 대는 것이 투입 재료 대비 효과가 좋습니다. 보강 전에도 이미 접합부에서 먼 위치에서는 그다지 응력이 크지 않은 경우가 대다수이기 때문입니다. 당연히 여기에는 보강을 해봐야 의미가 없습니다. 그걸 어느정도 아시기 때문에 끝에 가서는 약간 테이퍼된, xz평면상 사다리꼴의 모양으로 하셨다고 믿습니다.
그런데 굽힘 응력이 가장 많이 발생하고, 전단 응력이 가장 많이 발생하는 지점에서는 결국 직각입니다. 그 부분에서는 강성 변화가 급격하게 이루어지기 때문에 응력이 집중됩니다. 응력 집중을 해소하는 관점에서는 삼각형 보강재가 더 바람직하다는 것입니다.
이해를 돕기 위에서 이야기했던 접합부의 필렛 반경이 늘어나는 것을 다시 생각해보면, 반경이 0에 가까울수록 직각입니다. 반경이 0보다 점점 커지면, 그 부분의 강성이 완만하게 변화하게 되고 응력 집중이 개선됩니다.
아무튼 저 부분을 개선하면 효과적인 보강으로 지금보다 경량화도 이루고, 집중 응력 해소 효과도 챙길 수 있어 권고한겁니다.
안녕하세요.
먼저 상세한 의견과 설명을 남겨주셔서 감사합니다.
말씀해주신 내용을 읽으면서, 저희가 단순히 deformation 위주로만 판단한 부분이 있었고, geometry가 달라진 상황에서는 strain이나 stress 기준으로 보는 게 더 적절하다는 점 이해했습니다.
현재 단계에서는 말씀 주신 굽힘 모멘트 부분과 보강 형상(삼각 보강재 등)에 따른 응력 집중 완화 효과를 정량적으로 설명하기에는 저희가 부족한 부분이 있는 것 같습니다.
지적해주신 부분들을 보다 정확히 이해하고, 같은 기준 위에서 설명드리기 위해 추가적인 정리와 공부를 진행한 후 재답변을 드리고자 합니다.
좋은 방향으로 짚어주셔서 감사드립니다.
