대형 해머의 1m 길이 원통형 피스톤은 케이스 하드닝 강철로 제작되며, 무게는 200kg이 넘습니다. 피스톤은 작업 도구를 향해 거의 10m/s의 속도로 충격을 가합니다. LUSAS Analyst를 사용한 일시적인 3D 동적 해석이 필요했으며, 이는 충격의 결과로 피스톤과 도구에 어떤 일이 발생하는지를 이해하는 데 중요합니다. 초기 해석에서 특히 흥미로웠던 점은 도구가 지면에 비스듬히 타격될 때 발생하는 휨의 정도였습니다. LUSAS를 사용함으로써 비스듬한 충격의 영향을 더 잘 이해하게 되었습니다.

대칭성을 고려하여 피스톤의 반만 모델링하면 충분했습니다. 약 840개의 3차원 고체 요소가 선형 재료 속성으로 피스톤을 모델링하였고, 도구가 타격하는 지반은 비선형 재료 속성으로 모델링한 조인트 요소가 사용되었습니다. 슬라이드 라인을 통해 피스톤과 도구 간의 접촉이 자동으로 모델링되었습니다. 초기 하중 케이스는 도구를 향해 이동하는 피스톤의 속도였습니다. 치료적으로, 충격 이벤트를 모델링하기 위해 120개의 시간 단계가 사용되었으며, 각 시간 단계는 10 마이크로초였습니다.

결과에서, 휨 하중 케이스로 인해 발생한 변위가 특히 흥미로웠습니다. 분석 결과, 도구가 비대칭적으로 지면에 강제로 눌리면 도구가 많이 구부러지며, 이로 인해 발생한 응력 파동이 피스톤으로 전파되어 피스톤도 휨이 발생했습니다. 피스톤이 경험한 휨의 정도는 예상 외로, 유압 해머로 작업할 때 비스듬한 충격을 줄여야 할 필요성이 있음을 나타냅니다. 또한, 피스톤이 고착현상을 피하기 위해 좋은 베어링으로 지지하는 것이 중요함을 시사합니다.

해석을 담당한 엔지니어 Eero Ojala는 LUSAS가 사용하기 간편하다고 말했습니다. 그는 “피스톤과 도구 간의 접촉 모델링은 LUSAS에서 특별히 유용한 슬라이드 라인 기법 덕분에 쉽게 이루어졌습니다. 이 작업의 연장선으로, 전체 해머 본체를 모델링하여 피스톤과 도구가 본체와 완벽하게 지지될 때 어떤 일이 일어나는지 보는 것이 흥미로울 것입니다”라고 말했습니다.

“피스톤과 도구 간의 접촉 모델링은 LUSAS에서 특히 유용한 슬라이드 라인 기법 덕분에 쉽게 이루어졌습니다.”

Eero Ojala, Rammer