GFRP를 적용한 절연 고소작업차 붐에 관한 연구 :A Study on the Insulated Aerial Lift Truck Boom with GFRP

국호형

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자료유형: 학위논문

저자정보: 국호형 (전주대학교, 전주대학교 대학원)

지도교수: 김진수

발행연도: 2020

저작권: 전주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

GFRP를 적용한 절연 고소작업차 붐에 관한 연구

국호형 기계공학과 2020.01 학위논문

2019

고소작업차용 복합 절연 붐의 성형 기술 개발

국호형 , 이동근 , 문민석 외 6명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2019.11 학술대회자료

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고층에서의 고압선 활선작업에 대한 요구가 증가함에 따라 작업자가 직접 탑승하여 안전하게 작업을 수행할 수 있는 고층용 절연 고소작업차가 필요한 상황이다. 하지만 국내 절연 고소작업차 시장은 신축 붐 형의 저층용 제품이 주류를 이루고 있으며 고층용 절연 고소작업차의 개발은 전반적으로 부족한 실정이다.
본 논문에서는 공간 활용성이 뛰어나 복잡하고 다양한 도시 및 산업 현장에서 각종 장애물을 피할 수 있는 굴절식 붐과 전기 절연성이 확보된 GFRP 절연 붐을 적용한 고층용 절연 고소작업차 붐을 연구하였다.
절연 고소작업차는 작업자가 직접 탑승하여 고공에서 작업을 수행하는 장비인 만큼 고소작업차 붐에 대한 안전성과 신뢰성이 매우 중요한 인자가 된다. 하지만 기존의 고소작업차 붐은 정확한 설계 및 해석, 검증에 의해 생산되기보다 생산자의 경험에 의존하여 설계 및 제작되는 경향이 있다. 따라서 고소작업차 붐의 작동 안전성에 대한 신뢰성을 확보하는 설계를 하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 절연 고소작업차 붐의 정적 해석 및 동적 거동 해석 수행하였다. 붐의 소재, 적층 수, 붐의 운용 각도, 충돌 상황에 따른 총 16가지 Case에 대한 해석을 통해 붐 내부에서 발생하는 Deformation과 Stress를 확인하였으며 본 해석을 통해 붐에 대한 구조안전성을 파악하고 외부로부터 발생하는 충격에 대해 붐이 얼마나 견고한지 충돌 특성을 파악하고자 한다.
CATIAv5를 사용하여 절연 고소작업차 붐 모델을 설계하였으며 범용 구조해석 프로그램 ANSYSv18로 붐에 최대 작업 하중을 적용한 정적 해석을 수행하였다. Static Structural을 통해 Steel Boom을 모델링 하였으며 ANSYS ACP(Composite Prepost)를 사용하여 GFRP 절연 붐을 모델링 하였다. 동적 거동 해석 및 충돌 해석은 ANSYS에서 수행한 정적 해석 결과를 MNF(Modal Neutral File) 형식의 데이터로 저장하여 ADAMS로 불러들인 유연체 모델을 대상으로 해석을 수행하였다.
동적 거동 해석 및 충돌 해석 시 ADAMS/Durability를 통해 붐의 가장 취약한 부분을 나타내는 Hot Spot을 확인하였으며 최종적으로는 ADAMS 동적 거동 해석 및 충돌 해석 결과를 ANSYS 정적 해석 결과와 비교 분석하였다.
해석 결과 텔레스코픽 1, 2, 3단 붐 DOMEX960, 굴절 1, 2단 붐 ATOS80, 붐 선단부에 49Ply 적층한 두께 16mm의 절연 붐을 적용하였을 경우 가장 안정적인 구조를 보였으며 Maximum Stress 발생부인 굴절 2단 붐에서 항복응력 이하의 응력 값이 발생하였다.
붐의 운용 각도를 변화시켜 해석한 결과는 선행 연구에서와 유사한 결과를 보였다. 붐의 운용 각도를 높일수록 붐 내부에서 발생하는 Equivalent Stress가 낮아지는 경향을 보였으며 붐의 운용 각도가 0°일 경우 붐에 가장 취약한 조건임을 확인하였다.
최종적으로 동적 거동 시뮬레이션 결과는 정적 해석 결과와 유사한 경향을 보이며 항복강도 내의 응력 값이 발생하므로 절연 고소작업차 붐은 구조 안전성을 유지할 것으로 판단되었다.

As the demand for live line work in high voltage on upper floors increases, there is a need for high-rise insulated aerial lift trucks that can be safely operated by workers. In the domestic insulated aerial lift truck market, there are no developments of high-rise insulation aerial lift truck because of the mainstream of low-rise products of new construction boom type.
In this paper, an insulated Aerial Lift Truck was studied for high-rise work using an articulated boom that can avoid various obstacles in a variety of complex urban and industrial sites and a GFRP insulated boom with electrical insulation.
In the case of an insulated aerial lift truck for high-rise work, safety and durability of the aerial lift truck boom are more critical as the worker directly rides and performs work. However, conventional aerial lift truck booms tend to be designed and manufactured based on the producer''s experience, rather than being produced by accurate design, analysis, and verification.
Therefore, in this study, the static and dynamic behavior simulation analysis of insulated aerial lift truck booms using computer simulation including mathematical physics is performed to determine the structural safety of the booms and the impact characteristics of the booms against the impact from outside. A total of 16 cases were analyzed according to the material of boom, the number of plies, the angle of operation of the boom, and the impact conditions.
First, the insulated aerial lift truck boom model was designed using CATIAv5, and the structural safety analysis of the boom was performed using the general structural analysis program ANSYSv18. Steel boom was modeled through static structural and GFRP insulated boom was designed using ANSYS ACP (Composite Prepost) to perform static analysis. Dynamic behavior simulation and Collision Analysis analyzes the dynamic behavior characteristics and collision analysis of the articulated boom on the flexible model imported into ADAMS by storing the static analysis results performed by ANSYS in MNF(Modal Neutral File) format. Hot Spots were used to identify the most vulnerable parts of the boom and Compared ADAMS dynamic behavior simulation and collision analysis results with ANSYS static analysis results.
The analysis results show that telescopic 1st, 2nd and 3rd stage boom DOMEX960, refractive 1st, 2nd stage boom ATOS80, and insulation boom with a 49Ply stacked section thickness of 16mm are the most stable structures. And it was confirmed that the most stress was received in the refractive 2nd stage boom.
The analysis results according to the operating angle of the boom showed similar results as in the previous study. The higher the operating angle of the boom, the lower the Equivalent Stress that occurs inside the boom, and the lower the operating angle of the boom is found to be the most vulnerable condition to the boom if the operating angle of the boom is 0°.
Finally, the dynamic behavior simulation results show a similar tendency to the static analysis results, and because the stress value in the yield strength occurs, the insulated aerial lift truck boom is expected to maintain structural safety.

Ⅰ. 서론 1
1.1 연구 배경 및 필요성 1
1.2 국내·외 기술 현황 2
1.3 연구 내용 및 목적 5
Ⅱ. 이론적 배경 7
2.1 고소작업차 개요 7
2.2 해석 이론 10
2.3 GFRP 13
2.4 절연 붐 성형법 16
Ⅲ. 해석 모델 20
3.1 GFRP를 적용한 절연 고소작업차 붐의 개요 20
3.2 GFRP를 적용한 절연 고소작업차 붐의 설계 및 구성 24
Ⅳ. 정적 해석 27
4.1 정적 해석 조건 27
4.2 강판 붐 변화에 따른 정적 해석 결과 31
4.3 절연 붐 변화에 따른 정적 해석 결과 56
Ⅴ. 동적 거동 해석 65
5.1 동적 거동 해석 조건 65
5.2 동적 거동 해석 결과 66
5.3 충돌 해석 결과 70
Ⅵ. 결론 75

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