진동연구실은 한양대학교 대학원 정밀기계공학과 및 두뇌한국21 (BK21) 기계분야 사업단에 소속되어 정진태 교수님의 지도 아래 강체운동을 갖는 구조물의 진동저감에 관한 연구를 수행하고 있다. 

 

- 병진운동을 갖는 구조물의 진동 저감기술: 병진운동을 하는 구조물에 대한 진동 저감은 반도체 웹 이송장치, 광섬유의 인발공정, PCB 고속프린터 등의 반도체/전자 산업, 고속철도 가선계, 자동차 벨트시스템의 수송기계산업, 인공위성 안테나, 공중급유와 관련된 항공/우주산업, 초지공정, 고속인쇄, 고속 프린터의 제지/섬유산업에 응용된다. 특히 인터넷의 보급이 꾸준히 확산되고 더욱 빠른 데이터 전송을 위한 인터넷 통신의 핵심소재인 광섬유는 유리 모재에 열과 인장력을 주어 늘리는 고속 인발(drawing) 공정을 거쳐서 제조된다. 광섬유 제작공정 중 인발속도의 증가는 생산성 향상과 직결되지만 결함 발생 및 단선 문제를 수반하고 있다. 단선이 발생하면, 생산 중인 광섬유를 폐기처분하고 1~2시간 정도 설비 가동을 중지해야하므로 급격히 생산성이 저하된다. 이러한 단선 문제는 축 방향으로 이송되면서 발생하는 진동 및 동적 불안정이 원인이므로 이송속도와 광섬유 진동에 대한 상호연성 메커니즘을 규명하여 최적 인발속도를 도출해야 한다. 그리고 경계부에 적절한 감쇠 장치 등을 이용한 진동저감 기술을 확보하는 것이 품질과 가격을 결정하는 핵심사항이다. 

한편, 웹(web) 또는 필름 형태의 박판 이송장치는 정밀한 위치 이송능력이 중요하고, 대량생산 체제를 구축하기 위하여 점차 고속화 되고 있는 추세이다. 공정을 고속화하기 위해서는 과다 진동으로 인한 품질불량, 파손 등의 문제를 해결하여야 하며, 정밀 위치제어가 가능하려면 소재의 강체운동과 구조물의 특성을 반영한 현실적인 해석모델이 필요하다. 따라서 신뢰성 있는 제품 생산을 위하여 문제해결의 핵심이 되는 최적 이송속도 및 진동저감 기술은 품질과 가격경쟁력 확보를 위한 고속 이송의 핵심기술이다. 

- 회전운동을 갖는 구조물의 진동 저감기술: 회전운동을 하는 구조물의 연구는 ODD(Optical Disk Drive), HDD(Hard Disk Drive), 자동차의 브레이크 드럼, 그리고 헬리콥터의 블레이드와 항공기의 프로펠러, 발전용 터빈의 날개, 공작기계등의 넓은 분야에 활용된다. 특히 ODD에 관하여 컴퓨터 산업의 초창기에 사용되어지던 저밀도,저속의 저장장치가 점점 고밀도,고속(배속)의 추세로 변하면서 예전에 무시되어지던 여러 요인들이 발전에 장애요인으로 인식되어지고 있다. 기존의 1GB이하의 저장장치로는 급증하는 고품질의 멀티미디어 시스템에 따른 저장용량을 수용할 수 없기 때문에 저장용량이 큰 DISK와 재생장치가 연구되어지고 있다. 이런 종류의 저장장치는 회전속도의 증가에 따른 진동이 필연적으로 발생하며 발생하는 진동은 디스크의 수명단축과 함께 고품질, 대용량의 목적을 저해하므로 이를 극복하기 위하여 많은 연구가 이루어져야 한다. 

또한 피스톤운동을 통한 저 효율성을 극복하고자 선진국에서는 이미 터보머신을 이용한 발전설비와 관련산업 기기들의 상용화가 오래전부터 이루어진 상태이나 현재 국내에서는 소용량의 터빈을 제작하는데 그치고 있다. 터빈 블레이드의 진동과 소음은 국내의 기술이 풀어야할 난재이며 이를 극복하여야만 대용량, 고효율을 통한 터보머신의 상품성을 기대할 수 있으므로 지속적인 연구와 투자가 이어져야만 한다. 

회전운동을 하는 구조물의 연구와 진동저감은 멀티미디어 산업, 발전 산업과 차세대 국내 헬기 산업등 과 같은 항공산업의 국내산업에 미치는 영향이 지대하다고 할 수 있다. 따라서 회전운동 구조물의 모델링과 이에 대한 동특성분석도 다양하게 이루어져야 한다. 

- 유체유동을 갖는 구조물의 진동 저감기술: 유체유동을 갖는 구조물의 진동 저감은 핵발전소 및 화력발전소 배관계, 연료봉, 제어봉과 관련하여 발전설비산업, 열교환기, 냉/난방용 배관, 공기조화 배관계의 건축설비산업, 에어컨, 냉장고의 배관계의 가전제품산업에 사용되고 있다. 

특히 발전설비 및 중화학공장에 있는 배관계는 높은 압력을 갖는 고속 유체 유동을 포함한다. 또한 원자력 발전소에서의 원전 운전중 발생하는 열은 1차 냉각계통에 의해 공급되는 냉각수에 의해 제거되며 이러한 냉각수는 inlet plennum, grid plate를 거쳐 유동관과 핵연료집합체 사이를 통과한후 chimney와 연결된 노즐을 통해 배출된다. 이러한 냉각수 유동은 원자로 구조물과 핵연료집합체에 유체기인진동을 유발하므로 진동에 의한 작은 누설, 결함, 부식 등은 파손으로 이어져 대형 사고를 유발할 수 있으므로 이를 미연에 방지하기 위한 각종 안전 규제와 감시 시스템을 가동하고 있다. 

이러한 배관계 파손의 근본 원인은 파이프 내의 유체의 동특성과 파이프 운동이 상호 연성되어 예기치 않은 불안정 현상이다. 이와 더불어 배관계에 가해지는 유체에 의한 지속적인 반복하중 때문에 발생되는 피로손상, 마모 및 마멸 등이 파손으로 이어진다. 이 경우 파이프 배관계의 안정성을 확보하고 근본적으로 진동에 강인한 설계를 위해 반드시 유동조건과 배관계 운동의 연성에 의해 나타나는 배관계의 진동과 동적거동을 분석하여야 한다.

 

 

 

 

 

회전운동을 갖느 구조물의 진동 저감기술

□ 하드디스크, CD, DVD, BD등의 광디스크

□ 발전용 터빈 날개, 선반 및 밀링머신 등의 공작기계

□ 브레이크 드럼, 타이어

□ 헬리콥터 블레이드, 항공기 프로펠러

 

병진운동을 갖는 구조물의 진동 저감기술

□ 반도체 웹 이송장치, 광섬유 인발공정, PCB 고속프린트

□ 고속철도 가선계, 자동차 벨트 시스템

□ 인공위성 안테나, 공중급유

□ 초지공정, 고속 인쇄, 고속 프린터

 

유체유동을 갖는 구조물의 진동 저감기술

□ 연료봉, 제어봉

□ 핵발전소 및 화력발전소 배관계

□ 열교환기, 냉/난방용 배관, 공기조화 배관계

□ 에어컨, 냉장고의 배관

　

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Numerical analysis for the stick-slip vibration of a transversely moving beam in contact with a frictional wall
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Reduction of vibration forces transmitted from a radiator cooling fan to a vehicle body
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