본 논문에서는 유한요소해석 프로그램을 통해 파괴 거동 유형별 철근콘크리트 기둥 및 폭발 하중을 모델링하였으며, 실제 실험과 의 동적 응답을 비교하여 모델의 적합성을 입증하였다. 개발한 모델을 이용하여 폭발 하중에 대한 부재의 동적 응답을 확인하기 위해 폭발 하중 시나리오를 설정하였으며 해당 시나리오별 폭발 하중에 대한 시간에 따른 변위 및 응력 결과를 도출하였다. 동적 응답을 통 해 폭발 하중에 대한 기둥의 성능평가(Ductility, Residual)를 수행하였으며 이를 비교 및 분석하였다.

폭발물을 사용한 폭력적 극단주의나 테러사건은 자주 발생하는 사건은 아 니지만, 폭발물 테러나 범죄사건은 그 영향력이 매우 심각하고 다수의 사상 자를 발생시켜 엄청난 사회적 파급력을 남긴다. 최근 국내외에서 발생한 사 제폭탄을 이용한 공격들은 이러한 위협이 실존하는 위협이라는 것을 명확히 보여준다. 문제는 오늘날에는 악의를 가진 범죄자나 극단주의자들이 폭발물 을 제조하는 방법이 알려지고 관련 화약류 등의 물질을 손쉽게 구할 수도 있 다는 점이다. 그러나 학계에서는 사제폭탄을 비롯한 폭발물 범죄와 테러의 위협에 대한 연구가 매우 부족하고, 법령이나 담당기관들이 변화하는 유통망 이나 사회환경, 그리고 잠재적 극단주의자들의 발생가능성 등에 대한 정비가 미진하다고 판단된다. 특히 국내의 경우는 폭발물 관련 테러나 극단주의범죄 사용에 대한 미국의 대응에 비교하면 더욱 그러하다. 이에 따라 이 연구는 국내의 폭발물관련 대응을 분석하기 위해 관련 법령과 폭발물질에 대한 관 리ㆍ감독에 대한 분석하였다. 그리고 국내의 상황을 미국의 폭발물 관련 입 법례와 연방정부기관의 활동을 비교 분석하였다. 이 연구는 특히 미국의 입 법례들 중 the Safe Explosives Act of 2002(이하 SEA)의 미국 폭발물 관 련 형법들의 개정과 미국 연방정부기관들 중 폭발물관리에 대한 가장 핵심 적 역할을 수행하는 ATF의 활동을 규정하는 데 미친 영향을 분석하였다. 또 한 ATF의 최근 강화된 폭발물 관리ㆍ감독과 관련된 업무를 분석하고 이에 대한 평가를 수행하였다. 특히 ATF업무들 중 민간영역의 파트너들과의 협 력, 교육강화 등에 대해 초점을 맞추어 분석하였다. 분석결과는 미국의 입법 례와 ATF의 활동이 국내의 폭발물 법령과 담당기관의 활동에 중요한 정책 적, 법적 함의가 있다고 분석되었다. 특히 국내의 민간영역의 파트너들과의 긴밀한 협력과 이를 가능하게 할 수 있는 전문담당인력의 양성을 위해 관련 법령의 개정의 필요성이 강조되었다. 이 연구의 분석결과, 정책적 함의, 학 문적 공헌 등은 결론과 논의 부분에서 논의되었다.

Determination of explosion reference pressure is important in designing and testing flameproof enclosures (Ex d). Although relative humidity affects to explosion pressure, its effect is not well investigated for the gas group IIB, IIA, and I. This study tested explosion pressure for Ethylene (8 vol.%), Propane (4.6 vol.%), and Methane (9.8 vol.%), which are the representative gas of the gas group IIB, IIA, and I, at ambient temperature and atmospheric pressure (1 atm) under different relative humidity (0% ~ 80%). Ethylene- and Propane-air mixed gases generally tended to decrease as the relative humidity increased; however, explosion pressure was largely dropped at 20% of relative humidity compared to 0% and 10% of relative humidity. On the other hand, Methane-air mixture gas showed similar pressures at 0% and 10% of relative humidity; but no explosion occurred at more than 20%. The results of this study can be used in setting a testing protocol of explosion reference pressure for designing and testing a flameproof enclosure.

This paper presents a computational fluid dynamics (CFD) analysis to investiagate the effect of expansion chamber on overpressure reduction in protective tunnels subjected to detonation of high explosives. A commercial CFD code, Viper::Blast, was used to model the blast waves in a protective tunnel with a length of 160 m, width of 8.9 m and height of 7.2 m. Blast scenarios and simulation matrix were establihsed in consideration of the design parameters of expansion chamber, including the chamber lengths of 6.1 m to 12.1 m, widths of 10.7 m to 97 m, length to width ratios of 0.0 to 5.0, heights of 8.0 m and 14.9 m, and ratios of chamber to tunnel width of 1.2 to 10.9 m. A charge weight of TNT of 1000 kg was used. The mesh sizes of the numerical model of the protective tunnel were determined based on a mesh convergence study. A parametric study based on the simulation matrix was performed using the proposed CFD tunnel model and the optimized shape of expansion chamber of the considered tunnel was then proposed based on the numerical results. Design recommendations for the use of expansion chamber in protective tunnel under blast loads to reduce the internal overpressures were finally provided.

경험식에 기반한 폭발 해석방법은 폭압-시간 이력곡선을 하중으로 적용하여 해석하는 방법이다. 이 방법은 모델링이 간단하고 해 석시간이 짧아 효율적이지만, 일부 연구에 따르면 근거리 폭발 해석에는 적합하지 않음이 보고되고 있다. 본 연구에서는 예로써 환산 거리 0.4~1.0의 근거리 폭발조건에 있는 RC 보에 대해 해석방법에 따른 결과의 차이 및 원인을 분석하였고, 이를 통해 경험식 방법을 이용한 해석의 적용 범위를 구체적으로 검토 및 확인할 수 있었다. 사용된 유한요소해석 프로그램은 LS-DYNA이다. 해석결과에 따르 면, 원거리 폭발 실험 데이터를 근거로 하는 경험식 해석방법은 충격량을 과소평가하고 있었다. 이로 인해 RC 보의 처짐은 측정된 처 짐 또는 ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian) 해석결과에 비해 작게 계산되었다. 구조체의 응답이 크게 나타나는 근거리 폭발에 대해 서는 ALE 해석방법을 사용하는 것이 더 적합할 것으로 사료된다.

To test a flameproof enclosure for the safety certificate, a reference pressure of explosion needs to be determined. However, the explosion pressure may be changed according to relative humidity of explosive gases. Therefore, the guideline on relative humidity should be recommended for measuring the explosion pressure for accurate and reproducible testings. This study examined the relationship of explosion pressure with relative humidity of hydrogen (31 vol %)-air and acetylene (14 vol %)-air mixture gases. The explosion pressures were measured by increasing the relative humidity of the gases by 10 % from dry state to 80 % in a cylindrical explosion enclosure of 2.3 L. on ambient temperature and atmospheric pressure (1 atm). The maximum explosive pressures were remained almost constant until the relative humidity reached 10 % for the hydrogen-air mixture and 20 % for the acetylene-air mixture. However, the maximum explosive pressures linearly decreased as the relative humidity increased. Based on the results of the study, it would be recommended to use 10 % relative humidity for the hydrogen-air mixture and 20 % for the acetylene-air mixture as the critical value in testing a flameproof enclosure.

본 논문에서는 등가 단자유도를 이용하여 구조부재의 정적변위를 고려하는 해석기법을 제시하였다. 기존의 단자유도 비선형 동적 해석 알고리듬을 구조부재의 초기정적변위의 영향을 고려할 수 있도록 개선하였다. 가정된 폭발하중 지속시간과 부재의 고유주기 비 에 따라 정적변위가 최대응답에 미치는 영향의 차이와 폭발하중의 방향과 초기변위의 방향에 따른 차이를 확인하였다. 이에 따라 기 존의 응답 차트를 정적변위를 고려할 수 있도록 폭발하중의 형태에 따라 각각 제시하였다. 설계 예제를 정적변위가 고려된 응답 차트 에 적용하여 부재의 최대 변위를 비교 및 분석하였다. 본 연구의 결과를 통해 초기 정적변위를 고려한 구조부재의 최대응답을 쉽게 산 정할 수 있으며 본 연구에서 제시한 응답 차트는 플랜트 또는 군사시설물의 내폭 설계에 활용될 수 있다.

본 연구에서는 유한요소해석 D/B를 기반으로 보간식을 산출하여 개활지 폭발현상에 의해 기둥에 작용하는 폭압이력을 예측하는 모델을 개발했다. D/B 구성을 위해 7종류 기둥 너비에 대해 총 70회의 유한요소해석을 수행했다. 제안하는 방법의 성능확인을 위해, 기존에 제시된 경험식 기반의 예측식과의 비교연구를 수행했다. 또한, D/B를 구성하는 point 외의 영역에서의 예측 정확도 확인을 위 해 유한요소해석 결과와의 비교/검증 연구를 추가로 수행했다. 제안하는 방법은 기존의 경험식 기반 예측식에 비해 유한요소해석 결 과와 유사한 결과를 산출함을 확인했다.

본 논문에서는 축하중과 폭발하중을 동시에 받는 철근콘크리트 부재의 구조 거동을 분석하였다. 기본적인 폭발하중을 받는 패널 실험 데이터, 축하중과 폭발하중을 받는 철근콘크리트 기둥 실험데이터를 이용하여 비선형 동적해석 모델링을 검증하였다. 축하중의 적용에 있어서 Autodyn은 동적해석만을 위한 프로그램이기 때문에 축하중과 같은 정적 하중에 대한 초기 응력 상태를 모사하는 해석 절차를 제시하였다. 축하중비 0%~70% 구간과 TNT 등가량에 의존한 환산거리 1.1~2.0에 해당하는 매개변수를 선정하여 총 80개의 비선형 동적 유한요소해석을 진행하였다. 축하중비와 환산거리의 변화를 통해 손상정도와 최대 변위 및 회전각으로 구조 거동을 비 교 분석한 결과로 원거리 폭발하중에서 축하중을 받는 기둥의 강성 증가로 최대 변위가 감소한다. 결과적으로 축하중비 10%~30%, 30%~50%, 50% 이상의 영역 3가지로 구조적 거동 분류가 가능함에 따라 내폭 설계 모델 개발에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

본 논문에서는 폭발하중을 받는 부재의 저항성능 평가를 위한 모멘트-곡률 관계 기반 수치해석 기법을 소개한다. 직접전단 파괴 모 드를 고려하기 위하여 경험적인 직접전단응력-슬립양 관계를 기반으로 하는 무차원 스프링 요소를 도입하였다. 재료에 대해 정의된 동적증가계수 식을 바탕으로 단면의 모멘트-곡률 관계에 직접적으로 적용가능한 단면의 곡률 변화율에 따른 동적증가계수 식을 제작 하였다. 또한 부착슬립의 영향을 고려하기 위하여 소성힌지영역 내에 등가 휨강성을 도입하였다. 제안된 수치해석 모델의 타당성 검 증을 위하여 실험결과와의 비교연구를 수행하였으며, 단자유도계 모델의 해석결과와의 비교를 통해 본 수치해석 모델의 우수성을 확 인하였다. P-I 선도를 제작하여 부재의 휨 파괴 및 직접전단 파괴에 대한 저항성능을 평가하였으며, 매개변수 연구를 수행하여 P-I 선 도 및 저항성능의 변화를 확인하였다.

증기운 폭발의 폭압을 예측하거나 위험성 분석을 위하여 다양한 폭압 산정법이 존재하지만 대표적으로 경험적 방법인 TNT 등가량 환산법과 멀티에너지법을 주로 사용한다. 멀티에너지법은 환경적 요인을 고려한 폭발강도계수를 사용한다. 본 연구에서는 문헌 분석 을 통하여 점화원 강도를 세분하고 강도분류를 확장하여 개선한 폭발강도계수 가이드라인을 제안하였다. 개선한 폭발강도계수 가이 드라인의 합리성 검증과 기존 Kinsella 가이드라인과의 비교를 위하여 실제 추정 폭압과 대조가 가능한 4가지의 증기운 폭발 사례를 적용하였다. 결과적으로 기존 Kinsella 가이드라인은 실제 추정 폭압에 비하여 광범위하거나 부정확한 폭압 산정 결과를 나타내는 것 으로 확인하였다. 반면, 개선한 폭발강도계수 가이드라인은 명확한 점화원의 강도 선정이 가능하고 분류의 확장을 통하여 더욱 세분 화된 계수 값의 선정이 가능함에 따라 실제 사례와 비교적 유사한 폭압 산정이 가능하다.

2020년 9월 23일 새벽 1시 39분경 전국 여러 곳에서 목격된 서천 화구는 대기권에 진입 후 두 차례 폭발했음 이 전천 카메라 영상에 확인되었으며, 충격파는 한반도 서남부 지역 지진 및 인프라사운드 관측소에 기록되었다. 17개 관측소에서 측정된 화구 지진파 및 음파의 도달 시간 정보와 베이지안에 기초한 격자탐색법으로 화구 발생 위치를 추정하였다. 위치결정에는 대기권 바람 분포에 따른 음파 속도 변화를 반영하여 계산 결과의 신뢰도를 높였다. 화구 발생 위치는 36.050°N, 126.855°E, 고도 35 km로 전천 카메라 영상에서 관측된 두번째 화구 위치와 유사하였다. 서해 상공에서 한반도 내륙으로 입사하며 발생한 두 차례의 폭발이 근거리 인프라사운드 관측소에서 확인되었다. 또한 서천 화구 폭발 충격음은 장거리를 전파하여 최대 ~266 km에 위치하는 관측소에서도 기록되었으며 파형 모델링이 관측 결과를 뒷받침하였다. 인프라사운드 5개 관측소에서 측정된 두번째 화구 폭발 신호의 평균 주기는 ~0.4 s이며, 주기-폭발 에너 지 관계식을 적용했을 때 서천 화구의 폭발 에너지는 약 0.3 ton TNT 폭발에 상응한다.

This paper aims to develop numerical models for seismically-deficient reinforced concrete columns retrofitted using a fiber-reinforced polymer jacketing system under blast loading scenarios. To accomplish the research goal, a coupling model reproducing blast loads was developed and implemented to the column model. The column model was validated with a past experimental study, and the blast responses were compared to the numerical responses produced by past researchers. The validated modeling method was implemented to the non-retrofitted and retrofitted column models to estimate the effectiveness of the retrofit system. Based on the numerical responses, the retrofit system can significantly reduce the peak dynamic responses under a given blast loading scenario.

플랜트 증기운 폭발은 TNT 폭발물에 의한 폭발과는 다른 특징이 있으며 압력파 양상과 비슷하다. 대표적인 유형의 폭압 산정법은 TNT 등가량 환산법과 멀티에너지법이 있다. TNT 등가량 환산법은 폭굉과 같은 충격파를 전제로 하며, 멀티에너지법은 폭연과 같은 압력파를 전제로 한다. 본 연구는 세 가지 플랜트 폭발 사례를 적용하여 플랜트 증기운 폭발의 적절한 폭압을 도출하기 위한 연구를 수행하였다. 폭발 사례에 대하여 피해를 입은 부재를 선정한 후, 단자유도 해석과 비선형 동적 해석을 수행하여 변형과 손상 정도를 비교 분석하였다. 구조물의 피해 정도는 TNT 등가량 환산법보다는 멀티에너지법에 의한 폭압을 사용한 경우가 실제 상황에 더욱 근접한 것으로 나타났다. 또한, 멀티에너지법의 폭발강도계수를 7 또는 8로 가정할 경우 증기운 폭발의 폭압 모델을 비교적 정확하게 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

대기 압력 변동을 측정하는 인프라사운드 관측 기술을 통하여 원거리 지표폭발 사고를 분석하였다. 2019년 12월 24일 전남 광양시에서 발생한 2차례 폭발 사고에서 발생한 인프라사운드 신호가 151-435 km 거리에 위치하는 12개 음파 관측소에 기록되었다. 당시 인프라사운드는 북북서 방향의 성층권 바람에 의해 약 40 km 고도에서 굴절되어 같은 방향에 분포하는 관측소에 도달하였다. 반면, 약 10 km 고도에서는 강한 서풍의 영향으로 대류권 굴절 신호가 북동 및 동쪽 방향에 위치하는 관측소에 도달하는 등 방향에 따라 상이한 전파 경로를 보였다. 대기 유효음파속도구조와 포물선 방정식 모델링을 통해 전파 경로상의 투과손실을 계산하고 폭발 지점으로부터 기준거리에서의 초과압력을 추정하였다. 추정된 초과압력은 초과압력-폭발량 관계식에 적용함으로써, 두 차례의 폭발은 각각 14, 65 kg TNT 폭발 에너지에 상응하는 것으로 계산되었다. 1차 폭발 당시에 폭발 충격으로 부속물이 대기 중으로 비산하는 현상이 관측되었고, 폭발 충격에 의한 파편 운동과 초과압력 간의 관계식으로 1차 폭발의 에너지는 약 49 kg 이하 TNT 폭발에 상응하는 것으로 계산되었다. 본 연구에서 제안한 폭발 에너지 추정 방법은 향후 다양한 원거리 폭발 에너지 계산에 활용이 가능하리라 본다. 향후 계산 결과의 신뢰도를 높이기 위해서는 대기 속도구조 불확실성에 대한 연구와 다양한 발파 자료를 통한 검증 연구가 필요하다.

In this study, the explosion processes of the battery according to by heating was identified using complex sensors including temperature, infrared (IR), visible, and ultraviolet (UV) sensors. A safe chamber was prepared for the explosion of the batteries according to heating. In order to detect signals from the battery during heating, complex sensors including temperature, IR, visible, and UV sensors were used inside the safe chamber. The heating was increased from room temperature to 165℃ at 10℃/min and then, kept 165℃. During the heating was kept at 165℃, the battery was exploded and a temperature was increased up to 380℃ abruptly due to explosion of the battery. Before the battery was exploded, the signals of the sensors were not detected. However, during explosion of the battery, the signals of IR, visible, and UV sensors were strongly detected. By analyzing various signals of the these sensors, the explosion of the battery according to heating was investigated.

본 논문에서는 폭발하중을 받는 철근콘크리트 슬래브의 비선형 해석을 위한 개선된 수치 모델을 제안한다. 제안된 모델은 2축 응력 상태를 반영한 등가 강도에 의해 정의된 응력-변형률 관계를 사용하여 응력 상태를 직접 결정하는 변형률 속도 의존 이등방성 구성 모델을 다룬다. 또한, 균열 발생 후 콘크리트와 철근 사이의 부착 슬립이 점차 확대되어 소성힌지 영역으로 집중된다. 2축 응력 상태에서 콘크리트의 균열 방향은 주응력 방향에 따라 달라지므로 이를 고려한 부착 슬립 모델을 해석에 도입하였다. 해석 모델의 검증을 위해 수치해석과 실험결과의 상관관계 연구(correlation studies)가 수행되었다. 해석 결과는 재료모델의 2축 거동과 부착 슬립의 영향을 고려하는 것이 해석결과의 정확성 향상에 중요함을 보여주며 제안된 해석 모델이 철근콘크리트 슬래브 부재의 폭발해석에 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.