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pp.165-174
본 연구는 롤러코스터 구조물의 구조적인 결함을 검출하기 위해서 요구되는 최적의 센서를 구성하기 위한 연구이다. 특수한 목적과 구조적인 형태의 롤러코스터를 3차원 FE 모델링을 통해 구조적 거동특성을 분석하고, 최적계측/센서 이론을 통해 합리적인 센서 위치 및 개수를 구성하였으며, 구성된 최적 센서 위치 및 개수를 바탕으로 손상 전․후에 따른 수치적인 모달 특성값을 추출해 손상평가에 활용될 기본 구조물에 대한 기초자료를 제공하였다. 본 연구의 대상구조물로 서울 어린이대공원에 위치한 롤러코스터 구조물을 선정하였고, 1/20 크기로 축소한 모형 구조물을 제작･활용하였다. 또한, 롤로코스트의 공간적인 구조의 특성으로 운동학(Kinetics)적 거둥에 따른 운동역학(Kinematics)적인 특성이 포함되도록 Spline 함수를 이용해 대상 모형 구조물을 정확히 3차원 FE 모델을 구성 후, 가이언 소거법에 근거한 모달 특성값을 추출하였고, 유효독립법(EIM) 및 최적운동에너지법(EOT) 이론을 바탕으로 최적계측/센서 위치 및 개수를 구성하였으며, 손상 전․후에 따른 모달 특성값을 추출해 크게 강성도, 유연도, 모드상관도의 관계로부터 손상(결함)을 평가하였다. 최종적으로, 본 논문에서 구성된 최적 계측/센서 이론이 타당함을 확인하였고, 강성도 및 유연도 변화를 통해 만족할 수준으로 손상이 규명되었다. 이 결과 롤러코스터 구조물의 건전도 모니터링에 필요한 거동특성 분석 및 결함검출기술 개발에 관한 최적 센서의 구성을 제시 하였다.
This research aims at the optimal constitution of sensors required to identify the structural shortcoming of roller-coaster. In this research we analyzed the dynamic characteristics of roller-coaster by three dimensional FE modelling, decided on the appropriate location and number of sensors through optimal transducer theory, abstracted the mathematical value of modal features before and after damage on the basis of optimally placed and numbered sensors. and then presented it as a primary information about the basic structure which would be applied to damage estimation. As a target structure, the roller-coater at Seoul Children’s Grand Park was chosen and built as a model reduced by one twentieth in size. In order to consider the Kinetics features particular to the roller-coaster structure, we made an exact three-dimensional FE modelling for the model structure by means of Spline function. As for the proper location and number of sensors, it was done by applying EIM and EOT. We also estimated the damage from the combination of strength, flexibility, and model corelation after abstracting the value of modal features. Finally the optimal transducer theory presented here in this research was proved to be valid, and the structural damage was well identified through changes in strength and flexibility. As a result, we were able to present the optimal constitution of sensors needed for the analysis of dynamic characteristics and the development of techniques in dynamic characteristics, which would ultimately contribute to the development of health monitoring for roller-coaster.
