나이퀴스트 표본화 이론을 이용한낙하 충격 실험의 최적 표본화 속도 제안

Abstract

최근 테러의 위협이 증가하면서 콘크리트 재료의 충격 저항 특성을 파악하는 것이 중요해지기 시작하였다. 재료 충격 시험은 기존 정하중 조건에서의 재료 시험보다 시험 종료 시점이 빠르므로, 기존 정하중의 표본화 속도를 그대로 적용하기 어렵다. 따라서 충격 실험조건에서 적절한 표본화 속도를 제안하는 연구는 반드시 필요하다. 이에 본 연구에서는 콘크리트 재료의 충격 저항 성능 평가 시험 시 요구되는 적절한 표본화 속도를 제안하고자 한다. 적절한 표본화 속도 제안을 위하여, 충격 실험을 통해 측정된 시간 영역의 데이터를 주파수 영역의 데이터, 즉 파워 스펙트럼으로 전환하였다. 전환된 파워 스펙트럼에 나이퀴스트 이론을 적용하여, 추천 표본화 속도를 결정하였다. 주요 실험 변수는 콘크리트 종류와 가해지는 충격 에너지의 크기였으며, 반력하중과 가속도 측정 데이터를 분석 대상으로 하였다. 충격 에너지는 일정한 질량의 추를 시험체에 자유낙하 시켜 가하는 방법을 채택하였다. 연구 수행 결과, 추천 표본화 속도는 콘크리트 종류와 가해지는 충격 에너지 크기에 영향을 받지 않고, 반력하중과 가속도 데이터의 종류에만 영향을 받는 것으로 파악되었다. 반력하중 측정을 위한 표본화 속도보다는 가속도 측정을 위한 추천 표본화 속도가 빠르므로, 충격 시험 수행 시 가속도 측정 장비의 표본화 속도를 기준으로 전체 표본화 속도를 결정하는 것이 바람직하다는 결론을 얻었다. 그리고 파워 스펙트럼 상에서 최댓값이 발생하는 주파수를 이용한 추천 표본화 속도 추정은 불가능 한 것으로 판단되었다. Current concrete structures are quite often exposed to terroristic threats. Therefore, estimating concrete mechanical properties under dynamic loading conditions starts to become important. Due to the high rates of loading and highly dynamic behavior of the specimens, it is hard to be applied the same sampling rates used in common static loading tests to dynamic tests. The objective of this study is to estimate effects of concrete types and applying different impact loads on recommended sampling rates for measuring reaction force and acceleration. The recommended sampling rates in this study were determined according to the Nyquist's sampling theorem. The Nyquist's theorem states that the sampling rate should be at least twice the maximum response frequency(Nyquist frequency) for avoiding aliasing. The results of this study showed the following things: I) the recommended sampling rates for reaction force and acceleration were not influenced by types of concrete and levels of applied impact energy, but the sampling rates was affected by type of measuring data, ii) the recommended sampling rate for acceleration was faster than that for reaction force, so the sampling rate for entire impact test system should be determined based on the sampling rate for acceleration, iii) there was not any relationship between the frequency at the maximum value in power spectrum and the recommended sampling rate.