Citation : 이지후, 이민혁, 안민기. 원통형 완충계의 특징, 제68회 전국과학전람회 (2022)
연구자 : 이지후, 이민혁
지도교사 : 안민기
대회 : 제68회 전국과학전람회
중요단어 : 완충계, 굽힘 모멘트, bending rigidity
요약 :
기존의 용수철은 자연길이를 가져 특정 범위 이상으로의 압축이 어렵고, 다양한 진동 모드를 가져 원하는 방향으로의 압축이 어려운 단점이 있다. 본 연구는 판상형 탄성체를 구부려서 만든 원통형 물체인 원통형 완충계가 이러한 용수철의 문제점을 대신할 수 있다는 점을 착안하여 연구를 하였다. 첫 번째 실험은 지름방향 압축에 대해 이론식을 유도하였고 실험적으로 검증하였다. 두 번째 실험은 축방향, 파이방향 변형력에 대한 변형 정도를 측정하고 감쇠력을 확인하였다. 세 번째 실험은 Fenicsroject 라이브러리로 외력에 의한 완충계의 변형을 분석하고 이 결과를 바탕으로 변형을 줄이기 위한 완충계 구조를 보강하였다. 구조 보강 완충계로 두번째 실험과 같은 방법으로 진행하였다. 실험 결과는 완충계에 작용하는 힘은 반지름의 제곱에 반비례, 축방향길이에 비례하였고 이론적으로 예측하여 유도된 식과 실험 측정값은 유사한 선형관계를 보여 이론식의 타당도를 확인할 수 있었다. 축방향 외력으로 인한 변형과 파이 방향 힘에 의한 변형은 파이 방향이 크게 나타나는 경향을 확인하였다. 구조 보강 완충계는 외력에 의한 변형 정도가 보강 전보다 줄었으며 감쇠력도 더 강해졌음을 확인할 수있었다. 결론으로 본 연구의 원통형 완충계는 한 방향으로만 압축이 가능하여 원하는 방향으로 압축이 어려운 기존 용수철의 문제점을 극복할 수 있을 것이다. 또한 기존 용수철과 유사한 선형적인 특성을 가져 힘의 방향에 따른 변형의 자유도를 제한시켜 원하는 탄성으로 조절 가능하고, 적은 양의 재료로 간단하게 만들 수 있는 장점이 있는 원통형 완충계의 제작 가능성을 제안해 본다.
Reference
[1] Solid Mechanics Part 1, (2021, 4, 5,), 194p~222p.
[2] Bending. 위키피디아. https://en.wikipedia.org/wiki/Bending
[3] Langtangen, Hans Petter, and Anders Logg. Solving PDEs in python: the FEniCS tutorial I. Springer Nature, 2017.
- 요약자 첨언 : [1]은 그 내용가 페이지를 볼 때, 하이퍼링크한 홈페이지(책)가 예상되지만 확실하지 않습니다.
출처 : 국립중앙과학관 전국과학전람회