안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 유한요소해석을 활용한 구조물의 응력 분포를 분석할 때 최적의 경계 조건 설정 방법은?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.유한요소 해석 기본 프로세스에서구조해석에서는 경계조건과 하중조건이 필수적으로 입력되는데요.정적구조해석은 어딘가에 고정된 구조물에 하중이 일정하게 작용하는 상태즉 변형이 완료되어 더이상 변화가 없는 평형상태일 때구조물 응답에 대해 알아보는 것으로경게조건이 없든경계조건이 너무 과하든 결국 경계조건이 해석 결과에 직접적으로 영향을 미치게 됩니다.실제 거동과 동일한 경계조건을 부여할 것이가 여부가 중요한 부분인데해석툴에서 사용하는 대표적 구속조건을 보면1, Fixed Supoort 가장 많이 사용되는 구속조건은 모든 자유도 (x,y,z 축 변위) 를 구속하는 Fixed Supoort로점,선,면에 적용가능하며, 적용된 기하물에 포함되는 절점에서는 변위가 발생 불가능 합니다.이를 사용하는 상황으로는제품이 Screw 를 통해 상대물에 고정되거나, Clamping 된 경우 또는 강력 접착제로 고정되어 있는 면이 해당됩니다.2, Frictionless Support 마찰고려 없이 자유롭게 면에 평면 방향으로 자유롭게 움직일 수 있는 조건으로면에 수직방향으로는 변위가 구속됩니다.브라켓 수직면에 Frictionless Support가 적용된다면,y,z축으로는 움직일수있으나, x축으로는 벽에 의해막힌듯 움직일 수 없습니다.곡면 적용 경우라면 (마트 카트 밑에 달린 바퀴같은 경우) 상당 샤프트 외부 면에 Frictionless Support 조건을 적용하면회전방향과 z축 으로 가동가능하나, x,y축 평행방향으로는 이동이 불가한데요.제품이 뻣뻣한 한 상대물에 끼워져있고 자유롭게 회전이 가능한경우상대부품을 대신해 Frictionless Support 조건으로 대체가 가능합니다.만약 이 경우에 Fixed Support를 사용하면 완전한 구속이 되어 회전 반향으로도 가동이 불가하여 실제 기능가 차이가 발생하는 면이 있습니다.구조해석에서 가장 많이 사용되는두가지 경계조건에 대해 열거해보았는데현실에서는 아무리 강력하 고정을 해도, 국부적으로 미세한 변형이 발생합니다.따라서 상대물이 아무리 강해도, 완벽한 강체가 없으므로실제에선 해서고가 같이 이상적 완전고정 환경이 제한적입니다.이런 특성으로 인해구조해석에서Fixed Support가 적용된 부위나 그 주변부에 대한 해석결과를 분석할 경우특별히 유의해야합니다.
기계공학
Q. 기계공학과를 졸업하고 나면 일자리가 많은 지역은 어디 쪽일까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학 의 진로는 엄청나지만기계, 자동차 , 반도체 , 조선해양 , 마이크로 나노 등 엄청난 분야들이 포진해 있습니다.마이크로 나노 반도체 분야라면아무래도 반도체 메가 클러스터가 구축되는경기도 용인 평택지역을 말씀드릴 수 있겠고그 외에도 경북 구미 청주도 있으나투자규모상 거대한 곳은 역시 메모리 세계 1위 수성을 위해 조성되는 용인/평택 지역 이겠습니다.자동차 분야라면현대 및 기아의 국내공장이 포진해 있는충남 아산 지역 공장을 말씀드릴 수 있겠습니다.조선해양 분야라면거제 쪽 조선소가 가장 클러스터가 거대하며주로 경남 울산 ,전남 쪽 해안쪽 지방이 우세합니다.
기계공학
Q. 비접촉으로 온도를 재는건 어떤 원리인가요 ?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀하시는 비접촉시 온도계는빛을 이용하여 비접촉으로 측정할 경우 물체의 온도에 따른 에너지 전달량이 가시광선의 10만 배에 해당하기 때문에 측정이 유리한 면이있기에적외선을 사용한 온도계가 일반적 입니다.1 , 대략적 측정원리를 보면렌즈, 필터, 디텍터, 증폭회로, 선형회로를 거쳐 출력에 해당하는 구조로 되어 있습니다.우선 렌즈는 대상 물체에서 발산하는 빛을 모아주는 역할을 합니다. 여기서 명확히 하고 넘어갈 것은, 가끔 적외선 온도계에서 빛을 발사해서 돌아오는 빛을 측정하는 것으로 오해하는 사람들이 많은데 실은 적외선 온도계로부터 방출되는 유일한 빛은 측정위치를 표시하기 위한 포인터가 대부분입니다. 즉, 적외선 온도계는 렌즈를 통해 빛을 받아 모으는 것이며 빛을 발사해서 되돌아오는 빛을 받는 것이 아닙니다다음은 디텍터가 읽을 수 있는 영역의 파장만을 남긴다. 파장에 따른 필터를 적용하여 필요한 영역의 빛만 남기고 나머지는 필터를 통해 제외됩니다. 그리고 필터를 통과한 빛은 디텍터로 측정됩니다.증폭된 신호는 선형화를 시키게 되는데, 이것은 온도를 일정하게 측정할 수 있도록 광자의 량에 대한 데이터로 선형화 하는 것입니다.이렇게 측정된 결과를 방사율(emissivity)이라는 파라메터 등을 적용하고 보정하여 대상 물체의 온도에 해당하는 전류값/전압값을 디스플레이 장치로 보내 우리가 보는 온도 숫자로 나타내게 됩니다.이것이 개략적인 적외선 온도계의 측정원리입니다.2, 투컬러 온도계 측정 원리근소한 차이의 각기 다른 파장영역대(例. 1.0μm와 1.6μm)를 갖는 두 개의 detector들이 각각 감지한 열에너지를 비율로써 계산하여 측정온도값을 산출합니다. 투컬러 온도계에 내장되는 detector는 대부분 단원소반도체인 Si/Si-Layered Detector이나 III-V족 3종화합물반도체인 InGaAs가 이용됩니다투컬러 온도계는 각기 다른 파장영역대를 가진 두 개의 detector에 의해 측정된 두 시그널값들을 비교, 측정온도값을 산출함으로써 일반센서들(one-color sensor)에 비해 측정물체의 방사율 변화에 대하여 훨씬 정확한 장점이 있습니다. 투컬러 온도계는 두 개의 detector가 내장되어있기 때문에 구조상 두 개의 optical channel과 두 개의 electrical channel로 구성되어 있습니다이 방식은 1의 일반적 방식에 비해 더 정확한 측정결과를 나타냅니다ㅣ일단 모든 경우에서적외선 온도계가 적외선을 쏴서 반사되는 빛을 읽는 게 아니라는 점과비 접촉식의 한계로 광량을 측정하여 온도를 산정하는 만큼 오차발생 여지가 있다는 부분은 명심해야 합니다.허나 산업현장에서는 비접촉식 밖에 쓸 수없는 경우가 많고요즘은 일반가정에서도 요리 등 에 활용 경우가 많습니다.
기계공학
Q. 일반 나사 중 다이아몬드 볼트는 어떻게 만들어지나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.다이아몬드 형이나 별모양, 육각모양 소켓의 렌치롤 돌려야 하는 나사도제작되는 방법은 동일합니다다만 머리 쪽의 소켓이 일반 드라이버가 아니다보니관련해서는 전용 렌치가 있어야 가능하다는 부분이 상이할 뿐이지요.볼트 제작 방법에는절삭 법 과 단조 법으로 나뉩니다.1, 절삭나사 기존의 소재에서 나사산을 만들기 위해 재료를 절삭하는 방식으로 제조됩니다. 이 방식은 소재를 깎아내어 원하는 형태의 나사산을 생성하기 때문에 절삭가공이라고도 합니다. 제조 공정은 고정밀도와 특정 어플리케이션에 필요한 특수한 나사 형태를 만들기 위해 사용됩니다. 절삭 작업은 CNC 기계, 선반, 밀링 머신 등 다양한 절삭 도구를 사용할 수 있습니다. 고정밀사양과 복잡한 형태가 필요할 때 제작되는 나사로 대량생산에는 적합하지 않습니다.2, 전조나사 금속성형 공정의 일종인 전조(단조) 과정을 통해 제조됩니다. 이 과정에서는 금속을 가열한 후 힘을 가하여 원하는 형태로 만듭니다. 나사의 경우, 나사산 부분을 형성하기 위해 금속을 압축하고 변형시키는 방식으로 제작됩니다. 이 과정을 롤링 이라하는데 나사 전조용 롤링 다이스를 2~#개 사용하여 , 강력한 소성변형력으로 굴려서 나사산을 만드는 과정으로 로터리 롤링, 원톨 다이스 전조 등이 있고, 로타리 롤링은 세그멘트 롤링이라고도 합니다. 롤링은 나나산 성형 전 치수와, 세팅 정도에 의해 나사품질이 결정되는 아주 중요한 공정중 하나입니다. 나사 작업과 조립작업을 한번에 하기도 하는데 소위 말하는 셈즈작업으로 범용화 되어있습니다.질문주신 별모양 볼트는 일반적으로 사용되는 대량생산용 볼트가 대부분이기에전조 나사 방식으로 제작된다고 보시면 되겠습니다.
기계공학
Q. 3D 프린터 기계에서 필라멘트가 나오는 부분이 잘 막히는 이유?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.3D 프린터에서노즐이 막히는 일반적인 문제를 열거해 보면1. 노즐에 불순물이 끼었을 경우 - 청소 바늘로 해결가능2. 노즐 내부에서 필라멘트가 굳은 상태로 녹지 않음 - 노즐온도를 240도 정도로 올리면 가능 - 실제로 필라멘트 녹는 온도는 200도면 거의 충분하기에 애매함 3. 필라멘트가 익스투르드에서 밀어주지 못할 경우 (즉, 필라멘트가 꼬였을 경우)4. 노즐과 베드 간극이 너무 가까울 경우 -제공된 간극게이지를 통해 해결가능입니다만실제 상황에서는1, 작업이 진행되는 상황에서는 필라멘트에 불순물이 섞였을때2, 작업을 중단했을때 필라멘트의 온도가 상온으로 떨어졌다가 다시 작업할때 발생전체적인 결론은중국산 저렴한 필라멘트 사용 시 자주 발생하는 문제로작업 중단 시 및 잠시 중단 시 병목현상에 의해 발생하기에필라멘트 공급기에서 필라멘트를 절단하고노즐에 남은 필라멘트는 약 직경 2mm 정도의 봉을 밀어넣어노즐 내 필라멘트가 남아있지 않도록 필라멘트를 노즐내부에서 완전히 제거하는 방법이 예방책이 되겠습니다.