광산 안전 모니터링을 위한 압력 센서

호주 기업 Mincad Systems Pty Ltd는 지하 광산의 암석 응력을 모니터링하기 위해 개발된 새로운 유형의 유압 스트레스미터 분석을 수행하였습니다. 이 스트레스미터는 보어홀에 삽입되고, 내부 유압 플랫잭이 초기 “설정” 압력으로 팽창하여 플레이트가 보어홀 측면에 압착됩니다. 이후 유압의 변화는 주변 암석의 압력 변화를 나타냅니다.

스트레스미터는 상대적으로 단순한 물리적 장치지만, 그 정확한 해석을 위해서는 변화하는 접촉 조건, 큰 소성 변형, 복잡한 하중 순서, 유압 유체의 비압축성, 유압 압력이 해석의 직접 출력값이어야 하는 요구 사항과 같은 여러 가지 분석적 복잡성을 고려해야 했습니다.

Mincad Systems의 Ken McNabb에 따르면, “이 문제에 대한 해결 방안은 결코 명확하지 않았기에 FEA (Australia) Pty Ltd에 조언을 구했습니다. 우리가 받았던 지원은 놀라웠으며, FEA는 진정으로 혁신적인 해결 방안을 제시했고, 우리가 목표를 달성할 때까지 쉬지 않았습니다.”

변화하는 접촉 조건의 해석은 “마찰/갭” 유형의 요소에만 의존하는 유한 요소 시스템에서는 번거로울 수 있습니다. 그러나 LUSAS에서는 최첨단 “슬라이드라인” 기능 덕분에 스트레스미터 내외부의 두 접촉 영역을 해석하는 것이 상대적으로 간단한 일이었습니다. 슬라이드라인의 또 다른 장점은 큰 변형을 위한 것도 사용될 수 있다는 점입니다. 갭 요소는 작은 변형에만 적용 가능합니다.

독창적인 접근 방식으로, “구속 방정식”이 유압 유체의 비압축성을 모델링하는 데 사용되었습니다. 유체가 채워진 플랫잭의 측면 변위는 별도의 외부 노드의 변위와 연결되어, 이를 통해 플랫잭을 “펌핑”하는 방식으로 직접 하중을 가할 수 있었습니다. LUSAS의 강력한 기능은 비선형 해석 중간에 지지 조건을 변경할 수 있도록 해주었습니다. 이를 통해 외부 노드를 초기 프레셔링 후에 고정 상태로 잠글 수 있었습니다. 이후 유압 유체의 압력은 이 새로 고정된 노드에서 LUSAS가 계산한 반력으로부터 직접 읽을 수 있었습니다.

강력한 기능의 조합, 혁신 및 사용자와 FEA 지원 직원 간의 긴밀한 팀워크 덕분에 Mincad Systems는 초기에는 현재의 FEA 기술로는 부적합해 보였던 장치의 해석에 성공할 수 있었습니다.

“이 문제에 대한 해결 방안은 결코 명확하지 않았기에 FEA (Australia) Pty Ltd에 조언을 구했습니다. 우리가 받았던 지원은 놀라웠으며, FEA는 진정으로 혁신적인 해결 방안을 제시했고, 우리가 목표를 달성할 때까지 쉬지 않았습니다.”

Ken McNabb, Mincad Systems