Evacuation진동해석 결과 보고서

Evacuation진동해석 결과 보고서

( 사 ) 전북대 TIC R&D 사업단

선행기술팀

( 사 ) 전북대 TIC R&D 사업단

선행기술팀

2014. 08. 27

▲ 하향식 피난구 3D 모델 형상

하향식 피난구 (Evacuation) 하향식 피난구에 장착되는 실외기는 5~10HP 급으로 제품에 따라

840~950 rpm 의 운용 영역을 가짐 실외기 가동에 따른 Fan 의 회전진동에 의해 하향식 피난구의 공진

위험 구간은 14~16Hz 으로 이에 대한 공진 위험성 분석에 그 목적이 있음

진동 해석 개요

▲ 단순화 3D 해석 모델 형상

Point mass

적용 물성치 적용 물성치

Material SS400

Young’s Modulus(GPa) 200.0

Poisson’s Ratio 0.26

Specific Gravity(kg/m3) 7,850

Yield Strength(MPa) 250

Tensile Strength(MPa) 400

해석 조건

경계 조건 (Boundary Condition) 벽면과 연결되어 고정되는 조건 적용 (6-dof fixed)

▲ Boundary Condition

Modal Analysis( 고유 진동 해석 )

해석 결과

하향식 피난구 (Evacuation) 고유진동 해석 결과 자중에 의한 하중을 포함하여 실외기를 통해 발생하는 진동수와 하향식

피난구의 고유진동수 일치 여부 확인을 위한 고유진동 해석

실외기의 최소 및 최대 중량을 적용하여 2 Case 로 구분하여 진행

실외기 운용에 따른 관심 주파수 영역 : 14 ~ 16 Hz

▲ Case 1 Result( 실외기 중량 30kg) ▲ Case 2 Result( 실외기 중량 100kg)

Mode Frequency(Hz)

1st mode 8.6249

2nd mode 14.427

3rd mode 20.601

4th mode 27.448

5th mode 28.15

6th mode 36.739

Mode Frequency(Hz)

1st mode 4.7934

2nd mode 14.384

3rd mode 16.536(근접 )

4th mode 20.584

5th mode 27.42

6th mode 36.792

해석 결과

1st Mode Shape : 8.6249 Hz

2nd Mode Shape : 14.427 Hz

▲ Case 1 Mode Shape( 실외기 중량 30kg) ▲ Case 2 Mode Shape( 실외기 중량 100kg)

하향식 피난구 (Evacuation) 고유진동 Mode

Shape 관심 주파수 영역인 3 차 고유진동수까지만을 도시하였음

1st Mode Shape : 4.7934 Hz

2nd Mode Shape : 14.384 Hz

3rd Mode Shape : 16.536 Hz3rd Mode Shape : 20.601 Hz

Evacuation 고유진동 해석 결과 분석 본 해석은 하향식 피난구에 설치되는 실외기의 운용에 따라 발생하는 진동에 의하여

공진 위험성을 분석하기 위한 고유 진동 해석 결과 이며 , 실외기의 최소 및 최대 중량(30/100kg) 을 적용하여 2 Case 로 구분하여 수행되었음

해석 결과 도출된 고유 진동수 중 실외기 운용에 따른 관심 주파수 영역인 13~17 Hz에 존재하여 공진 위험성이 존재하는 고유진동수는 Case 1 의 경우 2 차 고유진동수(14.427 Hz) 에서 , Case 2 의 경우 2 차 및 3 차 고유진동수 (14.384 Hz, 16.536 Hz) 에서 나타났으며 4 차 고유진동수부터는 관심 영역 이상으로 도출되어 공진위험성이 없는 것으로 판단됨

각 Case 별 Mode Shape 의 경우 2 차 고유진동수에서는 동일하게 하부 Plate에서 도출되었으나 Case1 의 5 차 Mode Shape 이 Case2 에서는 3 차 Mode Shape 으로 이동되어 나타났으며 이는 실외기의 중량이 증가함에 따른 것으로 실외기의 중량이 증가함에 따라 확장 Plate 에서 공진 위험성이 증가하는 것으로 보여짐

따라서 고유진동수가 실외기 운용 주파수 영역 내에 존재하고 실외기의 중량에 의한 하중이 fan 의 회전에 의하여 상 / 하로 가진 되므로 조화진동 해석을 통한 분석이 필요할 것으로 판단됨

해석 결과 분석

Steady State Dynamic Analysis

( 조화 진동 해석 )

해석 조건

조화 진동 해석 조건 (Harmonic Analysis Condi-

tion) 실외기의 중량에 의한 하중이 상 / 하로 일정하게 가진 되는 것으로 가정

실외기의 중량이 최대일 경우 관심 주파수 영역 내 고유진동수가 증가될

것으로 판단되므로 실외기의 최대 중량인 100kg 에 대한 하중 적용

관심 주파수 영역이 14 ~ 16Hz 이므로 이를 포함하기 위하여 13 ~

17Hz 구간에서 0.1Hz 간격으로 응력 도출

▲ Load Condition▲ Analysis Setting Condition

해석 결과

가진에 의한 하향식 피난구 (Evacuation) 응력 해석

결과 조화 진동 해석에 따라 관심 주파수 영역에서 도출된 2 차 및 3 차

고유진동수 영역에서의 최대 응력 도출

Max. Stress(at 14.4 Hz, 2nd Mode) : 25.872 MPa

Max. Stress(at 16.5 Hz, 3rd Mode) : 1230.7 MPa

▲ Max. Stress contour(at 14.4 Hz) ▲ Max. Stress contour(at 14.4 Hz)

Outsideview

Insideview

Outsideview

Insideview

해석 결과

가진에 의한 하향식 피난구 (Evacuation) 응력 해석

결과 관심 주파수 영역에서의 최대 응력 분포

▲ Frequency VS Max. Stress

1230.7 MPa(at 16.5 Hz, 3rd Mode)

25.872 MPa(at 14.4 Hz, 2nd Mode)

5~10HP 급 실외기 관심 주파수 영역

허용 강도 기준 , 250MPa

Evacuation 조화 진동 해석 결과 분석 본 해석은 하향식 피난구에 설치되는 실외기의 운용에 따라 발생하는 진동에

의하여 공진 위험성을 분석하기 위한 조화 진동 해석 결과 이며 , 하향식 피난구의 자중을 포함하여 실외기의 최대 중량인 100kg 에 대한 가진 하중을 적용하여 수행되었음

해석 결과 관심 주파수 영역에 존재하여 공진 위험성이 높은 2 차 및 3 차 고유 진동수 중 2 차 고유진동수 영역에서의 최대 응력은 30MPa 이하 , 안전율이 10 이상이므로 공진 위험성이 없는 것으로 판단되나 3 차 고유진동수 영역에서는 가진력에 따른 공진에 의하여 확장 Plate 및 측면 Plate 에서 파단이 발생할 것으로 도출됨

그러나 하향식 피난구에 적용되는 실외기의 경우 5~10HP 급으로 공진 위험성이 존재하는 주파수 영역이 14~16Hz 임에 따라 공진 위험성이 매우 낮을 것으로 판단됨

해석 결과 분석