Structural Safety Evaluation of Multi-Pressure Integrated Chamber for Sport-Multi-Artificial Environment System

스포츠 멀티 인공환경 시스템을 위한 다중압력 일체형 챔버의 구조안전성 평가

Abstract

There are several dedicated individual chambers for sports that are supplied and used, but none of them are multi-pressured all-in-one chambers that can provide a sport-multi environment simultaneously. In this study, we design a multi-pressure (positive / atmospheric / negative pressure) integrated chamber that can be used for the sport-multi-artificial environment system. We presented new chamber designs with enlarged space for the tall users and then carried out structural analysis with maximum stress and structural safety. Under the targeted allowable pressure conditions, maximum stresses occurred at the joint of the shell and the entrance, the structural safety of the chamber was evaluated with the allowable stress of its material. As a result of the structural analysis of the multi-pressure integrated chamber, the maximum stress for the positive pressure and negative pressure conditions was much smaller than the allowable stress of its material. And as a result of the structural safety evaluation, it was confirmed that the design of the final prototype for the chamber was structurally safe by satisfying the safety factor of 2 or more.

스포츠를 위해 제공되고 사용되는 몇 가지 전용 챔버가 공급되어 사용되고 있지만 스포츠 멀티 환경을 동시에 제공할 수 있는 다기능 올인원 챔버는 개발되지 않았다. 본 연구에서는 스포츠 다중 인공 환경 시스템에 사용할 수 있는 다중압력 (양 / 대기 / 음압) 일체형 챔버를 설계하였다. 키가 큰 사용자를 위해 공간을 넓힌 새로운 챔버 디자인을 제시 한 다음 최대 응력과 구조적 안전성검토를 통하여 챔버의 구조해석을 수행하였다. 목표로 하는 허용 압력 조건하에서 쉘과 출입구의 접합부에서 최대 응력이 발생했으며, 챔버 재료의 허용응력을 기준으로 하여 구조안전성 평가를 수행하였다. 다중 압력 일체형 챔버에 대하여 구조해석을 수행한 결과 양압과 음압 조건에 대한 최대 응력이 챔버 재료의 허용응력 보다 훨씬 작은 값이 발생되었으며, 구조안전성 평가 결과 안전율 2 이상을 만족하여 챔버의 최종 시제품의 설계가 구조적으로 안전하다는 것을 확인하였다.

Fig. 1. Geometric model of vessel (a) Existing Model (b) New Model

Fig. 2. Finite Element model of vessel (a) Existing Model (b) New Model

Fig. 3. Results of positive pressure for existing model (a) Stress distribution (b) Deformation

Fig. 4. Results of negative pressure for existing model (a) Stress distribution (b) Deformation

Fig. 5. Results of stress for new model (reinforcement pads thickness is 16.0 mm)

Fig. 6. Results of safety factor for new model (reinforcement pads thickness is 16.0 mm)

Fig. 7. Results of structural safety evaluation with reinforcement pad thickness

Table 1. Design conditions

Table 2. Finite element Information