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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.)
답안 개요 보기
답안 구조
- 개요
- 시스템의 물리량 및 조건 정리
- 고유원진동수 및 진동수비 산출
- 기초의 최대 변위 진폭 도출
- 전달률 및 최대 동적힘 계산
- 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: , , , , ,
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
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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)