3.1.3. Moment Equilibrium

 

아래 보이는 시소 균형이 받침점에서 평형을 이루기 위해서는 시계 방향과 시계 방향 모멘트가 상쇄(같아야)되어야 한다. 





 

기본 원리는 섹션 3.3에서 자세히 설명된 바와 같이 조인트된 프레임 워크에서 힘을 해결하는데 필요하며 섹션 3.4에서 대해 자세히 분석해야한다.

 

3.2 RESOLVING FORCES

 

3.2.1 Horizontal and Vertical Components

 

힘을 수직 수평 구성 요소로 변환하거나 해결하는 것은 수많은 구조 엔지니어링 응용 프로그램의 기본 원리이다. 모든 방향의 힘은 아래 그림과 같이 수직 수평 구성 요소로 나눌 있다.


 

3.2.2 Basic System

F3 F1 F2 의해 지지되는 100N 무게를 나타낸다. 𝐹1과 수직 사이의 각도는 α (알파)로 표시되고 𝐹2와 수직 사이의 각도는 θ (세타)로 표시됩니다.

 

힘이 평형 상태에있게하려면 수직력과 수평력의 합이 0 이어야 한다. , 𝐹1𝐹2의 수직 구성 요소 합은 𝐹3이어야하며 𝐹1𝐹2의 수평 구성 요소 합은 0이어야한다.



3.3 PIN-JOINTED FRAMEWORK

 

3.3.1 Ties and Struts

마찰없는 핀 조인트에서 결합되는 바의 조립체를 프레임 워크라고합니다. 조인트는 자유롭게 회전 할 수 있으며 이러한 조인트에서는 모멘트가 전달되지 않습니다. 이것은 모든 막대가 긴장 상태이거나 압축 상태에 있음을 의미합니다.

 

아래 그림과 같이 각 끝에 핀 조인트가있는 멤버 ()를 생각해보십시오. 핀 조인트는 회전을 전달할 수 없으므로 각 부재는 길이 방향으로 조인트를 밀거나 당길 수 있습니다. 또한 각 멤버의 반대쪽 끝에있는 힘은 밀어 붙이거나 당겨서 같은 방향으로 반대 방향으로 작용합니다.


  • 긴장 관계에있는 member'tie'라고 불리며 각 끝에 안쪽을 가리키는 화살표로 표시됩니다.
  • 압축 된 멤버는 스트럿 (strut)이라고 부르며 각 끝의 바깥 쪽을 가리키는 화

살표로 표시됩니다.

 

, 타이를 자르면 내부 타이 힘이 두 개의 조인트를 서로 당기려는 당김 힘으로 나타납니다. 반대로, 스트러트가 절단 될 때, 내부 구조 힘은 2 개의 조인트를 강제로 밀어 내려는 추진력 인 것처럼 보일 것입니다. 프레임 워크를 해결할 때 화살표를 사용하여 내부 힘을 표현하고 따라서 멤버를 타이 또는 스트럿으로 정의하는 것이 좋습니다.

 

프레임 워크에서 작용하는 힘을 찾는 데 일반적으로 사용되는 두 가지 방법이 있습니다:

  • Joint resolution 방법
  • Sections 방법

 

두 가지 방법 모두 노트에 나와 있습니다. 교과의이 부분에서 우리는 주로 the method of joint resolution 초점을 맞출 것이다.

 

3.3.2 Method of Joint Resolution

다음 프레임 워크를 고려하면:

 

조인트 분해 방법에서는 각 조인트가 차례로 분리되고 수평수직으로 모두 분해되어 내부 힘이 발견됩니다. 그것은 이해하기 쉬운 방법이지만, 때때로 소수의 구조 부재 만 분석해야하는 경우에는 상당한 시간이 소요될 수 있습니다.

 

Joint A를 분리하면 힘을 'A'에서 수직수평으로 분해 할 수 있습니다.

 


 

3.3.3 Method of Sections

 

섹션의 방법으로 알려진 두 번째 방법은 여러 가지 전략적 포인트에서 프레임 워크를 절단 한 다음 절삭 프로세스에 의해 생성 된 자유형 다이어그램에 평형의 3 가지 방정식을 적용하는 것입니다. 이 방법은 조금 더 생각할 필요가 있지만, 소수의 구조 부재 만 관심이 있다면 더 빠를 수 있습니다.

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위 사진들은 제작 순서입니다.


맘에 드셨다면 블로그에서 광고 한번씩 눌러주시면 저에게 큰 도움이 됩니다.


그리고 아래는 컷팅용 cad 파일이며 2007년 버전으로 저장된 파일입니다.


12-footer micro tug(TUG NAIL 12) AutoCAD 2007.dwg



추후에 상세한 제작도면들을 업로드할 예정이며 다른 형태의 보트들도(딩기요트, 미니스피드 보트 or 배스보트, 마이크로 세일보트 등) 무료 도면을 공유할 계획입니다.


궁금하신점 있으시면 댓글 달아주세요.












6월 5일~6일까지 1박2일로 RYA에서 제공하는 세일링 요트 코스인 Start Yachting을 다녀왔다.


내가 코스를 수강한 곳은 사우스햄튼에 위치한 Solent Boat Training 이라는 센터였는데 주변에 RYA코스를 제공하는 센터중에 가장 가격이 저렴했다.


평균적으로 다른곳은 230-250 파운드 정도 했는데 내가 선택한 곳은 199 파운드였다.


이 과정은 크루징 세일보트과정의 티저버전이라 전체적인 내용을 대략 다 배우긴하지만 깊게까지는 들어가지 않는다.



Solent Boat


일정은 아래의 표와 같았다.


9:00-9:20

 등록하기

9:30-

 배에 짐 옮기기

 10:00

 교육시작 (매듭법, 요트의류, 안전사항 및 출발전 체크리스트)

 11:00

 항해 시작 

 12:30

 점심 식사(바다위에서 닻을 내리고 오븐으로 요리한 라자냐)

 13:00

 세일 펼치기, 택킹, 자이빙 교육 

 16:00

 세일 접는법 

 17:00

 휴식 

 다음날

전날 배운것을 복습하였다.


이 코스가 끝날때 요트의 스티어링, 세일 다루기, 로프작업, 배위에서 안전에 대하여 경험을 할 수 있다.



1. 요트에 대한 지식


- 바다와 배의 용어, 리깅과 돛에 대하여 배운다.


2. Ropework

UNDERSTANDS:

- 보우라인

CAN:

- Tie the following knots: figure of eight; round turn and two half hitches

- Secure a rope to a cleat

- Use winches and jamming cleats


3. Under Way

KNOWLEDGE OF:

- Sailing a yacht on all points of sail

CAN:

- Steer a yacht under sail or power


4. 항해 룰

Can:

- Keep an efficient lookout at sea



5. Meteorolgy 기상학

UNDERSTANDS:

- Where to obtain a weather forecast


6. Man Overboard Recovery

UNDERSTANDS:

- The action to be taken as crew to recover a man overboard

- The effects of cold-water shock on a casualty


7. Clothing and Equipment

UNDERSTANDS:

- Good practice for the wearing of safety harnesses, life jackets and personal buoyancy aids


8. Emergency Equipment and Precautions

UNDERSTANDS:

- Hazards on board a yacht

- Actions to be taken in the event of an emergency

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하드우드


일반적으로 하드우드는 소프트우드보다 높은 밀도와 단단함을 갖고있다.

하지만 하드우드에도 다양한 종이 있기때문에 각각의 단단함도 다르다. 예외적으로 발사(BALSA)나무는 대부분의 소프트 우드보다 더 부드럽다.

또한 넓은 잎을 갖고있는 활엽수가 많고, 매년 잎이 떨어지는 낙엽성의 품종이 대부분이다. 회귀선과 그 주변에서 서식하는 종들은 상록수이다.


하드우드는 소프트 우드보다 종류가 100배정도 많다. 


유럽북미지역의 대표적인 하드우드 종류에는

  • 오크 OAK
  • 너도밤나무 BEECH
  • 서양물푸레나무 ASH
  • 단풍나무 MAPLE
  • 느룹나무 ELM
  • 버드나무 WILLOW
  • 포퓰러 POPLAR
  • 체리 CHERRY



열대지방의 대표적인 하드우드 종류에는

  • 티크 TEAK
  • 마호가니 MAHOGANY
  • 흑단 EBONY
  • 나왕 LAUAN
  • 이로코 IROKO
  • 메란티 MERANTI
  • 발사 BALSA
  • 라 민 RAMIN

특성으로는

  • 식물학적으로 속씨식물(ANGIOSPERMS)로 알려져있다.
  • 주로 물관(Vessels), 유연 조직(Parenchyma)그리고 섬유 조직들(Fibers)로 구성된다.
  • 물관은 여러 개의 적층된 구성 세포로 넓은 튜브이다.
  • 물관들은 위에서 아래로 움직이지 않는다-그것들은 네트워크를 형성한다.
  • 섬유조직들은 매우 두꺼운 벽으로 둘러싸인 후막 조직(Sclerenchyma) 세포이다.
  • 위에서 설명한 것은 하드우드가 단단한 이유이다.
아래의 사진은 네번째 항목에서 설명한 네트워크의 모식도이다.




목재 구조 


목재를 사용한 선박의 건축은 크게 5가지 방법으로 나눌 수 있다.

  • 목재 - 품질 & 엔지니어링
  • 전통적인 '플랜크 온 엣지'
  • CEDAR 스트립
  • 콜드 몰드
  • 발전된 방법들

(*여기서 플랜크는 널빤지와 유사하고 스트립은 널빤지보다 더 얇은 쫄대라고 생각하면 된다.)



배는 거의 모든 재료들로 만들 수 있지만 모든 배들이 목적에 적합한 재료로 만들어지는 것은 아니다. 역사적으로 대부분의 배들은 목재로 만들어졌다. 이것은 가볍고 작업하기 용이하면서도 강성과 저항성을 갖는 재료이다. 이유는 목재는 아주 우수한 '뻣뻣함(stiffness)'을 갖고 있기 때문이다.




뻣뻣함과 구조적 효율



뻣뻣함이란? 물질에 하중이 작용할때 얼만큼 구부러지는지로 정의 할 수 있다. 만약 물질이 구부러짐 등에 저항성이 있으면 인장 하중과 같은 환경에서도 버틸 수 있는 물질이 되는 것이다.


목재는 가벼운 무게에 비해 훨씬 뻣뻣하기 때문에 때문에 구조적으로 더 효율적이다.


라미네이팅과 본딩(Glued)된 목재 구조는 이등방성(Anisotropic)의 특성을 갖는다.


(*이등방성이란? 어느 재료에 있어서 방향에 따라서 다른 성질을 갖는 것을 말하며, 예를 들어 섬유성 조직과 같은 재료 등은 이것에 속한다.)



연륜연대학 Dendrochronology


연륜연대학이란? 쉽게 말해서 나이테를 연구하는 학문이다.

연대를 측정할 수 있는 시스템이며 유럽과 미국에서 17세기, 18세기 초반에 중요한 정보의 제공원으로 여겨졌다.


  • 나무는 매년 층을 형성하며 자란다.
  • 나이테의 패턴을 통해서 많은 것을 배울 수 있다.
  • 좁은 간격은 고온-건조 환경
  • 넓은 간격은 따뜻하고 습한 환경이므로 성장을 촉진시킨다.
  • 경사진 곳에서 성장한 나무의 나이테는 불균형적인 나이테 패턴을 갖는다(나이테의 중심축이 한쪽으로 치우쳐 있다)
  • '압축이상재'는 좁은 간격의 나이테와 높은 밀도로 인해 섬유방향 수축률이 크다(건조시 틀어질 수 있음).
  • 나이테는 나무의 역사와 기후를 알려준다.

나무는 특성에 따라 두가지로 나눌 수 있다.


소프트우드

소프트우드는 침엽수라고 알려져 있는 종의 나무이다.
많이 쓰이는 종류로는 아래와 같은 이름의 나무들이 있다.
  • 소나무
  • 스프러스(가문비나무)
  • 퍼(더글라스 퍼)
  • 낙엽송
  • 주목나무
  • 삼나무, 향나무(CEDAR)
  • 카우리소나무(KAURI-뉴질랜드)
  • 미국 삼나무(Redwood)
  • 솔송나무(HEMLOCK)

특성으로는

  • 식물학적으로 '겉씨 식물'이라고 알려져 있다.
  • 주로 가도관상 세포(Tracheid cell)의 구조로 이루어져 있다.
  • 목질부와 물을 운반하는 부분으로 이루어져있다.
  • 벽은 섬유질과 목질화 된부분이다.
  • 목질부는 진액관(RESIN ducts)을 포함하고 있다.
  • 가도관은 주로 나무의 구조적인 지지력을 형성하고 있다. 

다음시간에는 하드우드의 종류와 특성에 대해서 알아볼것이다.



오늘은 모멘트에 대해서 알아보도록 할것이다.



1. 평형


역학이란 정적 평형 상태에 있는 물리적 시스템의 부하 분석에 관련되어 있는데, 이는 서브 시스템의 상대적 위치가 시간에 따라 변하지 않거나 구성 요소와 구조물이 일정한 속도로 변할때 발생한다. (즉, 순 가속이 발생해야만 한다.)


따라서 정적 평형의 경우 시스템은 정지 상태이거나 질량 중심이 일정 속도로 움직인다.

이를 달성하려면 두 가지 조건이 충족되어야 한다.


  • 첫번째 조건: 총 힘(수평, 수직)의 합은 0
  • 두번째 조건: 총 모멘트의 합은 0

이것은 3개의 수학 방정식으로 변환할 수 있다.




2. 모멘트의 정의

간단히 말해서 회전시키려고 하는 능력이다. 다른말로는 토크라고도 하는데 토크는 회전체에서 쓰이는 모멘트의 일종으로 모멘트와 토크의 단위는 같다.

모멘트 = 힘 X 수직거리

M = F X d




  • 시계방향(Clockwise)의 회전은 (Positive)의 값을 갖는다.
  • 반시계방향(Anti-clockwise)의 회전은 (Negative)의 값을 갖는다.


3. 모멘트 평형


아래 그림에서 받침점 위의 균형잡힌 시소에서 반 시계 방향과 시계 방향의 모멘트는 상쇄 되어야한다.






반 시계방향 모멘트 = 시계방향 모멘트


-M = M


F1 x D1 = F2 x D2











출처: 솔렌트 대학교 Structural Mechanics 















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