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MR 엘라스토머 기반 스마트 면진장치 개발 및 내진성능 평가 = Development of smart base isolation system based on MR elastomer and evaluation of its seismic performance
서명 / 저자 MR 엘라스토머 기반 스마트 면진장치 개발 및 내진성능 평가 = Development of smart base isolation system based on MR elastomer and evaluation of its seismic performance / 이찬우.
저자명 이찬우 ; Lee, Chan Woo
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

Conventional base isolators are vulnerable because they have no adaptability to various earthquakes. Magnetorheological Elastomer (MRE), a smart material, has attracted a significant amount of attention as an material of base isolators. MRE is an innovative material with magnetorheological (MR) effect that can control real-time stiffness through magnetic field application. In this study, a smart base isolation system based on MRE with appropriate materials and a new shape is proposed considering its practical application. First, natural rubber-based MRE samples suitable for base isolators were investigated under various mixing ratios. As a result, MRE with 60 phr of carbon black and 40 phr of naphthenic oil added to 35% iron ratio showed the highest MR effect, and the composition ratio was selected to the material of the isolation device. Based on the investigated materials, a new type of smart base isolation system by combining a roller-type bearing supporting compressive load and an electromagnet closed loop system considering installation reality was proposed. As a result of the dynamic characterization, the MR effect of the proposed system was verified. The seismic performance was compared and analyzed by inputting three historical earthquakes (El Centro, Mexico City, Loma Prieta) with different predominant frequency. As an experimental measure, hybrid simulation combining the behavior of the shear building by numerical model and the behavior of the actual device was performed. The response of the structure was effectively reduced depending on whether the smart device was powered or not. This shows that the seismic performance of the proposed smart base isolation system is superior to that of the conventional passive base isolator, and future development possibilities will also be open.

기존의 면진받침은 다양한 지진에 대한 적응력이 없어서 취약한 점이 있다. 이 와중에 면진고무 재료로서 스마트 재료인 Magnetorheological Elastomer (MRE)가 주목을 받고 있다. MRE란 자기장의 인가를 통해 실시간 강성을 조절할 수 있는 Magnetorheological (MR) 효과를 가지는 혁신적인 소재이다. 본 연구에서는 실질적인 적용성을 고려하여 적합한 재료와 새로운 형상을 가지는 MRE 기반 스마트 면진장치를 제안하고 그 내진성능을 평가하였다. 먼저, 면진장치의 재료로서 적합한 천연고무 기반 MRE 시편들을 다양한 배합비 하에 조사하였다. 그 결과, 카본블랙 60 phr과 나프텐 오일 40 phr을 35%의 철 비율에 첨가한 MRE가 가장 높은 MR 효과를 보여 해당 배합비를 가진 MRE를 면진장치의 재료로 선정하였다. 조사된 재료를 바탕으로, 압축하중을 지지하는 롤러식 면진받침과 시공 현실성을 고려한 전자석 폐회로 시스템을 결합하여 새로운 MRE 면진장치 형상을 제안하였다. 장치의 동적 특성 실험결과, 제안 장치의 MR 효과를 확인할 수 있었으며, 각기 다른 주파수 성분을 가진 3가지 역사지진(El centro, Mexico City, Loma Prieta)을 입력하여 내진성능을 비교분석 하였다. 그 방법으로 수치적 모델로 구성된 전단 건물과 실제 장치의 거동을 결합한 하이브리드 시뮬레이션을 실시하였으며, 스마트 면진장치의 전원여부에 따라 구조물의 응답을 효과적으로 저감할 수 있었다. 이로써 기존 수동형 면진받침보다 제안된 스마트 MRE 면진장치의 내진성능이 우수하다는 것을 보였으며, 앞으로의 그 발전 가능성 또한 열려있을 것이다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCE 18017
형태사항 v, 52 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Chan Woo Lee
지도교수의 한글표기 : 정형조
지도교수의 영문표기 : Hyung-Jo Jung
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 참고문헌 : p. 48-50
주제 MR 엘라스토머
MR 효과
적응형 면진장치
내진성능
Magnetorheological(MR) elastomer
MR effect
Adaptive base isolator
Seismic performance
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