측정 가속도를 이용한 탄성 지지된 강체의 반력 계산 및 무게 중심 위치 결정

Abstract

이 논문은 탄성받침으로 지지된 구조물의 탄성받침반력과 구조물의 무게중심 위치 및 변위를 추정하는 기법을 제안한다. 탄성받침의 반력을 직접 계측하는 것은 값비싼 측정비용과 노력을 요구한다. 또한 설계단계에서 추정한 무게중심의 위치는 시공 혹은 제작 과정에서 발생하는 오차와 사용 단계에서 발생하는 구조계 변형을 반영하지 못한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이 연구에서는 구조물 표면에서 측정한 가속도에 강체운동식과 변위재구성기법을 적용하여 탄성받침반력과 무게중심 위치 및 변위를 계산한다. 탄성받침의 반력을 계산하기 위하여 강체운동식을 이용하여 탄성받침의 상대가속도를 계산한 후 변위재구성기법을 적용하여 변형을 계산한다. 최종적으로 탄성받침의 힘-변형관계를 이용하여 반력을 계산한다. 무게중심의 위치는 뉴턴의 운동 제 2법칙으로 계산된 무게중심 가속도와 강체운동식으로 계산된 무게중심의 가속도의 함수 잔차를 최소화 시키는 최적화문제로 추정한다. 최종적으로 강체운동식으로 무게중심의 가속도를 구한 후 변위재구성기법을 적용하여 무게중심 변위를 계산한다. 제안된 기법을 검증하기 위해 구조물이 고정된 본체에 연결된 상황과 이동하는 본체에 연결된 상황에 대해서 수치예제를 구성하고 적용한다.