Current Issue

본 연구의 실험에 사용된 판은 Table 1과 같이 가로 300 mm, 세로 200 mm인 직사각형으로, 두께에 따른 경향을 파악하기 위해 두께 3 mm(3T), 두께 4 mm(4T)의 두 가지로 제작하였다.

Table 2는 용접 조건⁹⁾을 나타내고 있으며, 용접 방향은 마운트를 기준으로 하여 두 가지 방법으로 용접하였다. 마운트와 나란한 방향으로 용접한 것은 가로 용접, 마운트와 수직으로 용접한 경우는 세로 용접으로 표기하였다. 용접 위치는 직사각형 판 가장자리에서 중심 위치까지 길이의 10%와 20%를 각각 이동하여 용접하였다. 판의 중심 위치가 판 길이 300 mm의 중심인 150 mm에 위치할 경우, 10%는 중심에서 가장자리 방향으로 15 mm 이동하여 용접한 것이고, 20%는 30 mm 이동하여 용접한 것을 의미한다. 판 길이 200 mm의 중심인 100 mm에 위치할 경우, 10%는 판의 중심에서 가장자리 방향으로 10 mm 이동하여 용접하고, 20%는 20 mm 이동하여 용접하였다. 지지 조건에 따른 경향도 파악하고자 직사각형 판의 한 부분만 마운트에 고정된 형태인 한 단 고정(Single-end-fixed), 양쪽이 마운트에 고정된 형태인 양단 고정(Both-ends-fixed), 총 두 가지 지지 조건으로 시편을 제작하였다. 이때, 마운트와 판의 고유진동수 간섭을 피하기 위해 판 두께에 따라 마운트의 단면 길이를 다르게 하였다.^4,5) 두께 3 mm(3T)인 판은 단면의 한 변이 60 mm, 길이가 400 mm인 사각 강봉, 두께 4 mm(4T) 판은 단면의 한 변이 70 mm, 길이가 400 mm인 사각 강봉을 사용하였다.

또한 한 단 고정에서 가로 용접했을 때, 용접부의 이동 방향이 마운트 방향과 마운트 반대 방향으로 나뉜다. 마운트 방향은 판의 중심에서 마운트가 고정된 방향으로 10%, 20%를 이동하여 용접한 것을 의미하고, 이를 D10%, D20%로 표기하였다. 마운트 반대 방향은 마운트가 고정되어 있지 않은 방향으로 중심에서 10%, 20% 이동하여 용접함을 뜻하고, U10%, U20%로 표기하였다. 제작한 시편은 Fig. 1, Fig. 2에서 나타내고 있으며, 점선은 판의 중심을 표시한 것이다.

Fig. 1 
Welding Point of Experiment Specimen (Fixed: 200 mm, Vertical Welding)

Fig. 2 
Welding Point of Experiment Specimen (Fixed: 200 mm, Horizontal Welding)

용접하지 않은 원판과 판의 중심부를 용접한 시편을 함께 비교하며 실험을 진행하였다. Fig. 3과 같이 시편의 가로, 세로 길이를 6등분으로 나누었고, 점으로 표시된 부분에 충격해머(B&K, 8206-001)로 각 3회씩 충격가진실험(Impact Test)을 실시하였다. 측정 장치는 FFT분석기(b&k, 3560-B-040), 가속도계(ENDEVCO, 751-100)와 Analysis System(Laptop Computer)로 구성된다. 모드 특성치를 얻기 위해 신호 분석 프로그램인 PULSE Labshop(B&K)을 이용하였고, MATLAB으로 3차원 형상의 고유모드를 표현하였다.

Fig. 3 
Impact spot of Welded Plate

Fig. 4는 200 mm 부분 한 단 고정, Fig. 5는 양단 고정일 때, 세로 용접한 4T 직사각형 판의 고유진동수를 차수에 따라 나타내었다. 1차 고유진동수는 원판이 가장 큰 경향을 보인다. 모든 차수에서 10%의 고유진동수가 크게 낮아진다.

Fig. 4 
Natural frequencies of rectangular plate (4T, fixed: 200 mm, SM, Vertical)

Fig. 5 
Natural frequencies of rectangular plate (4T, fixed: 200 mm, DM, Vertical)

양단 고정일 때, 1차에서 원판의 고유진동수가 가장 컸으며, 모든 차수에서 10%의 고유진동수가 20%보다 높다.

Fig. 6과 같이 한 단 고정일 때, 마운트 고정 반대 방향의 1차 고유진동수는 원판에서 가장 높다. 3, 5차에서 원판과 용접한 판의 고유진동수의 차이가 크게 나는데 용접부 위치에 따라 다른 모드가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 6 
Natural frequencies of rectangular plate (4T, fixed: 200 mm, SM, Horizontal-U)

Fig. 7과 같이 한 단 고정일 때, 마운트 고정 방향으로 가로 용접한 판의 1차 고유진동수는 원판과 10%, 3차에서는 20%가 가장 높다.

Fig. 7 
Natural frequencies of rectangular plate (4T, fixed: 200 mm, SM, Horizontal-D)

Fig. 8과 같이 양단 고정일 때, 1차는 원판이 가장 높고, 모든 차수에서 10%보다 20%가 큰 경향이 나타난다. 200 mm 부분 고정 4T 직사각형 판에 가로 용접했을 경우, 모든 지지 조건에서 1차 고유진동수는 원판이 가장 높다.

Fig. 8 
Natural frequencies of rectangular plate (4T, fixed: 200 mm, DM, Horizontal)

Fig. 9과 같이 한 단 고정일 때, 세로 용접한 판의 1, 4차 고유진동수는 10%가 20%보다 크고, 3차에서는 20%가 높았다. 다른 4T 직사각형 판은 1차에서 원판의 고유진동수가 높았지만, 300 mm 부분 고정일 때 세로 용접 판은 3, 4차에서 원판의 고유진동수가 높은 경향을 보였다.

Fig. 9 
Natural frequencies of rectangular plate (4T, fixed: 300 mm, SM, Vertical)

Fig. 10과 같이 양단 고정일 때, 세로 용접한 판의 1차 고유진동수에서는 중심 용접이 가장 높고, 원판, 20%, 10%의 순서로 작아졌다. 3, 4차에서도 10%보다 20%의 고유진동수가 높았으며, 200 mm 부분 양단 고정일 때 세로 용접과 다른 경향을 보였다.

Fig. 10 
Natural frequencies of rectangular plate (4T, fixed: 300 mm, DM, Vertical)

Fig. 11과 같이 한 단 고정일 때, 마운트 고정 반대 방향으로 가로 용접한 판의 1차 고유진동수는 원판이 가장 높으며, 모든 차수에서 10%보다 20%의 고유진동수가 크다는 경향을 알 수 있다.

Fig. 11 
Natural frequencies of rectangular plate (4T, fixed: 300 mm, SM, Horizontal-U)

Fig. 12와 같이 한 단 고정일 때, 마운트 고정 방향으로 가로 용접한 판은 1차에서 원판의 고유진동수가 가장 높다. 2차는 10%가 가장 크고, 20%, 원판, 중심 용접의 순서로 작다.

Fig. 12 
Natural frequencies of rectangular plate (4T, fixed: 300 mm, SM, Horizontal-D)

Fig. 13과 같이 양단 고정일 때, 가로 용접한 판의 1차 고유진동수는 중심이 가장 높고, 모든 차수에서 10%가 20%보다 고유진동수가 큰 경향을 보였다. 300 mm 부분 양단 고정일 때, 모든 용접 방향 조건에서 고유진동수는 중심 용접이 가장 높고, 두 번째로 원판이 높다.

Fig. 13 
Natural frequencies of rectangular plate (4T, fixed: 300 mm, DM, Horizontal)