[소음진동기술사 제140회 4교시 5번]

4교시 5번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

어느 기계와 기초의 무게가 150 kN이고, 기초를 지지하는 지반의 스프링계수는 10×104 kN/m, 감쇠비는 0.2이다. 기초가 받는 동적힘이 F=F0sin150t 라고 할 때, 기초의 최대 변위 진폭과 지반에 전달되는 최대 동적힘을 구하시오.
(단, F0=50 kN, 중력가속도 g=9.81 m/s2 이다.)

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답안 구조

  1. 개요
  2. 시스템의 물리량 및 조건 정리
  3. 고유원진동수 및 진동수비 산출
  4. 기초의 최대 변위 진폭 도출
  5. 전달률 및 최대 동적힘 계산
  6. 결론

용어 정의

최대 변위 진폭
조화 동적 하중을 받는 시스템에서 평형 위치를 기준으로 진동부(기초)가 도달하는 최대 변위량
전달력(Transmitted Force)
기계의 가진력이 기초와 방진계를 거쳐 최종적으로 지지 지반에 전달되는 동적 힘의 최대 크기
전달률(Transmissibility)
시스템에 작용하는 가진력 진폭에 대해 지반으로 전달되는 힘의 진폭 비를 나타내는 무차원 지수

핵심 내용

  • 1자유도 점성 감쇠계의 강제진동 모델 적용
  • 중력가속도를 고려한 시스템의 질량 환산
  • 확대계수(진폭배율)와 정적 변위를 활용한 최대 변위 진폭 도출
  • 전달률 공식을 이용한 지반 최대 전달력 산정

공식: m=Wgm = \frac{W}{g}, ωn=km\omega_n = \sqrt{\frac{k}{m}}, r=ωωnr = \frac{\omega}{\omega_n}, X=F0k1(1−r2)2+(2ζr)2X = \frac{F_0}{k} \frac{1}{\sqrt{(1 - r^2)^2 + (2\zeta r)^2}}, Tr=1+(2ζr)2(1−r2)2+(2ζr)2T_r = \sqrt{\frac{1 + (2\zeta r)^2}{(1 - r^2)^2 + (2\zeta r)^2}}, FT=F0×TrF_T = F_0 \times T_r

풀이 순서: 기계와 기초의 총 무게(W)와 중력가속도(g)를 이용하여 시스템의 질량(m) 산출 → 지반의 스프링계수(k)와 시스템의 질량(m)을 바탕으로 비감쇠 고유원진동수 계산 → 문제에 주어진 가진원진동수와 산출된 고유원진동수를 비교하여 진동수비(r) 도출 → 가진력 진폭(F0), 스프링계수, 감쇠비, 진동수비를 이용해 기초의 최대 변위 진폭 계산 → 진동수비와 감쇠비를 전달률 공식에 대입하여 진동 전달률(Tr) 도출 → 가진력 진폭(F0)에 전달률(Tr)을 곱하여 지반에 전달되는 최대 동적힘 산출

AI 작성 답안 개요 · 검수 전 · 채점기준과 기준답안은 공개되지 않습니다. 참고용 개요입니다.

출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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