출처: http://www.irbnet.de/daten/iconda/CIB18795.pdf

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3. 경량 성형된 금속면의 최적화

 

 1) 배경

 

     금속 표면의 최적화는 표면에 달성 가능한 주름 응력이 최대가 되도록 금속 면의 형상 및 품질을 조정하는 것을 의미합니다. 오늘날 금속 표면은 많은 유형과 형태가 생산됩니다. 벽에는 평평한 면과 소골 형상이 있고 지붕에는 큰 형상 면이 있습니다. 이 자료는 소골 형상 면에만 적용됩니다. 금속면의 최적화를 나타냅니다.

[샌드위치패널(판넬)의 리브 또는 소골 형상]

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     인증을 위해 수많은 유형의 샌드위치패널(판넬)에서 수행된 기계적 테스트에서 달성 가능한 주름 응력은 다른 형상에 따라 달라지는 것으로 관찰되었습니다. 깊은 리브(그림의 hR)은 더 높은 주름 응력을 유발한다고 가정할 수 있습니다. 그러나 리브 깊이와 달성 가능한 주름 응력 사이의 정확한 관계는 알려져 있지 않습니다. 또한 플레이트의 너비(bP) 또는 표면 두께(tF)와 같이 달성 가능한 주름 테스트에 영향을 미치는 요소는 무엇인가? 형상의 영향 외에도 기계적 특성을 통한 단열재의 탄성도 고려해야합니다. 달성 가능한 주름 응력에 금속 시트의 형상이 미치는 영향은 이론적 연구 및 실험 모두에서 수행되었습니다.

 

 2) 금속 표면의 최적화에 대한 이론적 사전 분석

 

     주름 응력의 선택적 계산에서, 소골 형상의 표면은 평평한 면으로 계산됩니다. 이러한 방식으로 그들의 명시적인 더 높은 부하 용량은 고려되지 않습니다. 형상의 최적화를 달성하기 위해 성형의 형상에 따라 소골의 주름 응력을 평가하기 위한 새로운 분석 모델이 수집되었습니다. 이 모델은 Plantema(1996)와 Stamm/Witte(1974)의 기존 이론을 기반으로 합니다.

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[평평하고 지속적인 층을 이루는 샌드위치패널(판넬) 구조의 응력 및 변형]

     평판의 미분 방정식에 단열재를 고려하는 용어가 추가되었습니다.

                                           : 판의 강성

tF, VF : 두께 및 면의 포아송 비율

     c = αx·K : bedding의 강성 지수

     탄성 bedding에 대한 평판의 변형과 파손 메커니즘과 같은 반응 조건을 고려하여 미분 방정식을 플레이트에서 검색된 축방향 힘으로 줄일 수 있습니다.

 

 3) 소골 형상 면이 있는 샌드위치패널(판넬) 테스트

 

     단순히 지지된 샌드위치패널(판넬)에서 굽힘 모멘트 용량 풀 스케일 테스트가 소골 형상 면에 의한 리브 깊이의 영향을 조사하기 위해 수행되었습니다. 테스트는 EN 14509(2006)에 따라 수행되었습니다. 스틸 면과 폴리우레탄폼 단열재를 가진 샌드위치패널(판넬)을 테스트했습니다. 하나의 생산 배치에서 시편을 채취했습니다. 모든 매개 변수를 일정하게 유지할 수 있는 가능성을 제공했습니다. 리브의 깊이만 변했습니다.

 

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[리브 형상의 시편]

b₁=b₂=50mm, bR=2.65mm, tF=0.60mm

[다양한 리브 깊이 시편에 대한 테스트 결과]

     시험 결과에 따른 금속면의 달성 가능한 주름 응력(평균값)이 결정되었습니다. 결과는 소골 성형된 금속면에 의한 리브의 깊이와 달성 가능한 주름 응력 사이에 명확한 연결을 보여줍니다. 성형을 무의미하게 깊게함으로써 주름 응력을 상당히 증가시킬 가능성이 있습니다. 최적화 공정과 관련하여 단열재와 스틸의 동일한 질량을 사용하더라도 주름 응력의 증가가 가능하다는 것이 중요합니다.

 

     시험된 샌드위치패널(판넬)의 주름 응력은 아래 방정식에 따라 계산되었습니다. 또한 아래 도표에는 계산된 주름 응력과 해당 테스트 결과가 나와있습니다. 가로 좌표에는 다양한 매개 변수(리브 깊이)가 있으며, 달성 가능한 주름 응력 값은 세로 좌표에 표시됩니다.

 

[리브 형상의 깊이에 따른 주름 응력]

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4. 계산

 

    하중지지 반응과 관련하여 얇은 금속면을 가진 샌드위치패널(판넬)을 최적화하는 방법이 제시되었습니다. 단열재와 금속면의 형상을 모두 최적화할 수 있습니다. 이 두 가지 방법을 결합하면 샌드위치패널(판넬)을 한 단계만으로도 최적화할 수 있습니다.

 

    관련 하중의 경우 주름 응력 또는 처짐 한계는 스팬 폭의 제한에 결정적이라는 것이 밝혀졌습니다. 이 두 값은 단열재만 변경하여 크게 개선할 수 없습니다. 이러한 이유로 주름 응력의 개선 및 이용 가능한 처짐의 감소는 외피 층을 최적화하기 위한 중요한 지점으로 간주되어야합니다.

 

    면 형상의 변경으로 인해 주름 응력이 높아질 수 있습니다. 또한 단열재의 최적 강도 및 강성 값의 선택은 하중 지지력을 향상시킬 수 있습니다.

 

    샌드위치패널(판넬)의 기계적 행동에 영향을 미치는 수많은 요소는 하중 지지력을 향상시키기 위한 많은 선택을 제공합니다. 실질적인 효과로 생산자는 제품의 보다 나은 하중지지를 위해 선택적 변경을 구현할 수 있습니다.