타원형 아치 빔을 이용한 준영강성 진동 절연기의 형상 최적화 및 조화 균형법 기반 진폭 절연 특성 해석

키워드

확장요약문

준영강성(quasi-zero-stiffness, QZS) 진동 절연기는 높은 정적 강성과 낮은 동적 강성을 동시에 확보하여 저주파 절연을 가능하게 한다. 기존의 QZS 형상은 음강성 요소와 양강성 요소를 별도로 제작하여 결합하는 방식이 일반적이며, 유연 단일 빔 형상의 여러 설계 방법론이 제시되었으나 타원호를 이용한 형상은 상대적으로 적게 다루어졌다. 본 연구는 복합 타원 아치 빔을 QZS 형상으로 제안하고, 그 최적 형상을 CBCM(chained beam constraint model)으로 탐색하였다. 하중-변위 곡선에서 무차원 강성|K*| ≤ 0.1을 만족하는 최장 구간을 QZS 구간 W로 정의하여 설계 변수 평면을 전역 탐색하였다. 동일한 설계 자유도를 갖는 3차 스플라인 프로파일과 비교한 결과, 제안 형상은 동일 설치 형상 비(H/L)에서 2.2~3.3배 긴 QZS 구간을 형성하였으며, 유한요소해석 및 압축 실험과 RMS 오차 0.6% 이내로 일치하였다. 또한 밑판 가진을 받는 1자유도계에 조화 균형법을 적용하여, 확보된 QZS 구간 길이가 절연 성능에 반영되는 방식을 확인하였다.