이동질량과 크랙을 가진 단순지지 보의 동특성에 관한 연구

Abstract

To determine the effect of transverse open crack on the dynamic behavior of simply-supported Euler-Bernoulli beam with the moving masses, an iterative modal analysis approach is developed. The influence of depth and position of the crack in the beam, on the dynamic behavior of the simply supported beam system, have been studied by numerical method. The cracked section is represented by a local flexibility matrix, connecting two undamaged beam segments that is, the crack is modeled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section, and is derived by applying a fundamental fracture mechanics theory. As the depth of the crack is increased, the mid-span deflection of the simply-supported beam, with the moving mass, is increased. The crack is positioned in the middle point of the pipe, and the mid-span deflection of the simply-supported pipe represents maximum deflection.이동질량을 가진 보 형태의 구조물은 항만 등에서 컨테이너를 선적, 혹은 하역하는 컨테이너 크레인과 호이스트 크레인, 교량, 그리고 이송용 컨베어 등 일상에서 흔히 접할 수 있는 시스템이다. 여기서 이동질량은 크레인 장비의 트롤리(trolley)를 예로 들 수 있다. 이러한 구조물에 안정성 및 동특성을 변화시키는 크랙 형태의 결함이 존재한다면 구조물의 불안정 및 파괴와 같은 안전사고의 문제로 연결된다. 따라서 크랙의 존재를 미리 감지하고 위험을 예방하기 위하여 구조물의 동특성 변화를 측정하여 결함의 크기 및 위치를 탐지하는 것은 매우 중요한 문제라고 할 수 있다. 특히, 이러한 방법은 구조물에 손상을 주지 않고 결함을 탐지해 낼 수 있는 비파괴적인 방법중의 하나이기 때문에 구조물의 안전진단에 매우 유용한 방법이라 할 수 있다. 일반적으로 크랙은 구조물의 강성을 저하시키고 모드형상의 변화를 유발한다(Nikpour, 1990). 크랙이 구조물의 동특성에 미치는 영향을 연구하기 위하여 초기에는 구조물에서 단지 크랙이 존재하는 부분의 강성을 줄이는 방법(Datta and Lal., 1992)에서 시작하여, 최근에는 유연행렬을 이용하는 해석방법이 주로 사용되어 지고 있다(Ruotolo et al., 1996; Ghondros