소성변형 에너지 흡수형 마운트의 정·동적 특성 및 충격응답에 관한 실험적 연구

키워드

확장요약문

함정은 수중 폭발, 충격파, 충돌 및 급격한 가속·감속 등 다양한 충격하중에 노출된다. 선체 구조를 통해 탑재장비로 전달된 충격은 장비의 오작동과 구조 손상을 유발할 수 있으므로, 극한 충격환경에서도 주요 장비의 운용성을 확보하는 것은 함정 생존성과 임무 수행을 위한 핵심 과제이다. 장비와 받침대 사이의 마운트는 평상시 정적 하중을 지지하면서 충격 전달을 저감해야 한다. 이에 기존 고무계 점탄성 마운트와 더불어, 금속 구조물의 소성변형을 활용한 충격에너지 흡수 구조의 적용 가능성을 검토할 필요가 있다.

본 연구에서는 1 tonf의 정적 하중 지지를 설계목표로 파이프형과 장구형의 금속 소성변형 마운트를 설계하였다. 파이프형은 강관과 상·하부 판의 용접 구조로 홈의 위치·폭·깊이를 주요 형상 변수로 설정하였고, 장구형은 디스크 형상의 소성체 4개를 대칭으로 조합하여 상·하부 지지판에 볼트로 체결한 구조이다. 장구형의 중앙부가 좁아지는 단면은 축방향 하중에 의한 굽힘 및 압축 변형을 활용하도록 구성하였다.

소성변형을 통한 충격 전달 저감 효과를 확인하기 위해 설계한 마운트에 대해 낙하충격시험을 수행하였다. 마운트 상부에 하중체를 결합하여 낙하 충격을 부여하고, 입력부와 출력부의 가속도 시간 이력을 계측하였다. 입력과 출력의 양의 최대 가속도를 각각 aᵢ와 aₒ로 정의하고, 최대 가속도 기준 충격 저감률을 R = (1 − aₒ/aᵢ) × 100%로 산정하였다.

마운트의 정적 특성을 평가하기 위한 하중–변형 시험 항목을 구성하였다. 축방향 하중과 변형량의 관계를 바탕으로 초기 강성, 소성변형의 개시 및 진행 양상과 하중 지지 거동을 주요 평가 항목으로 설정하였다. 충격응답은 낙하충격시험에서 계측한 입력부와 출력부의 가속도 시간 이력을 비교하여 분석하였다. 최대 가속도와 충격 펄스 지속시간의 변화를 검토하고, 시험 전후 시편의 높이 변화와 잔류변형을 함께 확인하였다. 이를 통해 소성변형을 수반한 마운트에서 전달 최대 가속도가 감소하고 충격 응답의 지속시간이 증가하는 경향을 확인하였다. 정적 하중 지지 특성과 충격 전달 특성을 함께 고려하는 평가 방법은 소성변형 마운트의 형상설계와 성능 검토를 위한 기초자료로 활용할 수 있다.