높은

Mar 29, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5086(2023) 이 기사 인용

370 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

본 논문에서는 면진받침의 3차원 변위 모니터링에 동시에 사용되는 3개의 변위센서의 변위전달 메커니즘으로 인해 발생하는 낮은 감도 및 낮은 정확도의 문제를 해결하기 위해 고감도 회전형 3차원 변위센서를 제안하였다. 센서는 동일한 강도의 캔틸레버 빔 표면에 관통 구멍을 추가하여 크로스 빔을 형성합니다. 이는 빔 표면의 굽힘 변형을 증가시켜 감도를 향상시킵니다. 자이로스코프와 기계적 회전 구조를 추가함으로써 단일 센서로 3차원 변위를 동시에 측정할 수 있어 변위 전달 메커니즘이 측정 정확도에 미치는 악영향을 줄입니다. ANSYS 소프트웨어를 사용하여 센서 빔의 관통 구멍 크기 매개변수를 시뮬레이션하고 최적화하여 관통 구멍의 적절한 크기와 위치를 결정했습니다. 마지막으로 센서를 개발하고, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 정적 특성과 정적 및 동적 3차원 공간에서의 변위 측정 성능을 테스트하였다. 테스트 결과에 따르면 센서의 감도는 16.29mV/mm이고 정확도는 0~160mm 범위에서 0.9%입니다. 정적 및 동적 3D 공간 변위 측정 오류는 2mm 미만이므로 3D 변위 측정의 정확도 요구 사항과 지진 격리 베어링의 구조적 상태 모니터링에 대한 감도를 충족할 수 있습니다.

최근에는 지진 재해가 자주 발생하고 있습니다. 지진으로 인해 발생하는 주택의 구조적 손상은 사람들에게 견딜 수 없는 손실을 가져왔습니다1. 전통적인 내진 기술은 지진 발생 시 기대와는 거리가 멀습니다2. 구조물에 유입되는 지진 에너지를 근본적으로 줄이기 위해 엔지니어들은 초점을 기존의 "내진"에서 "면진"으로 전환했습니다3. 면진구조물은 일반적으로 기초와 상부구조물 사이에 유연한 면진층을 형성하여 기초가 상부구조물과 어느 정도 분리되어 있는 구조이다4. 이러한 방식으로 지진 에너지가 상부 구조물로 전달되는 것을 차단할 수 있으며, 상부 구조물의 기본 자체 진동 주파수를 감소시켜 지진 작용이 상부 구조물에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다5. 면진 조치를 취함으로써 상부 구조물의 자체 진동 주파수는 일반적으로 1~6Hz에서 0.2~0.5Hz로 감소될 수 있으며, 이는 지진력의 영향을 크게 줄이고 지진으로 인해 발생하는 직접 및 2차 재해에 효과적으로 저항할 수 있습니다. 지진6. 면진 베어링은 면진 구조 시스템의 핵심 구성 요소입니다. 건설 및 사용 중 복잡한 자하 및 환경 부하 영향으로 인해 구조 시스템 손상이 필연적으로 누적되어 지진 격리 베어링의 자연 재해 저항 능력이 저하됩니다7. 이는 지지 구조물의 정상적인 사용에 영향을 미칠 뿐만 아니라 건물에 특정 안전 위험을 가져오고 지진으로 인한 사상자 및 경제적 손실 위험을 증가시킵니다8. 따라서 불안정한 환경에서 면진 베어링의 건강 상태는 많은 학자들의 초점이 되었습니다9. 면진 베어링의 전통적인 평가 방법은 수동 평가, 즉 테스트할 면진 베어링을 수동으로 분해한 다음 외관, 하중 테스트 등을 기반으로 상태를 평가하는 것입니다10. 그러나 실제로 대규모 엔지니어링 건물에는 많은 수의 면진 베어링이 있고 설치 환경이 복잡합니다11. 수동 평가는 시간이 많이 걸리고 힘들 뿐만 아니라 비용도 많이 듭니다12. 센서 기술, 정보 수집 기술 및 테스트 분석 기술의 급속한 발전으로 면진 베어링의 실시간 및 지속적인 상태 모니터링 시스템은 교량, 고층 건물, 수자원 보호 및 기타 엔지니어링 분야에서 널리 사용되었습니다13.