자연재해시 온실박막의 력학적안전성

 2020.6.8.

경애하는 김정은동지께서는 다음과 같이 말씀하시였다.

《당의 부름따라 일떠서고있는 축산과 수산부문에서 생산을 빨리 장성시키고 전국 도처에 건설한 양어장과 남새온실, 버섯생산기지들이 은을 내게 하여 인민들의 식탁을 풍성하게 하여야 합니다.》

김일성종합대학 력학부에서는 자연재해시 새로 건설되는 온실박막의 력학적안전성에 대한 평가를 진행하고 설계에 반영하여 기후에 관계없이 사철 푸른 남새를 생산할수 있는 담보를 주었다.

지난 기간 연구사업에서는 온실에서 열손실을 줄이고 태양열을 충분히 리용하기 위하여 온실박막의 투광률을 높이는것, 이슬방지효과를 높여 소출을 제고하며 자외선을 흡수하고 산화의 방지기능을 높여 수명을 늘이는것 등이 위주로 되였다. 그러나 최근시기 세계적으로 이상기후현상으로 말미암아 자연재해가 자주 발생하는것과 관련하여 태풍과 같은 자연재해가 발생할 때 온실의 력학적안전성을 미리 평가하고 그에 해당한 대책을 세우도록 하는것은 매우 중요한 문제로 제기된다.

세계적으로도 이상기후현상으로 인한 자연재해가 해마다 점점 더 심각해지는 조건에서 건물들을 설계하고 시공할 때 지진이나 태풍과 같은 자연재해가 발생하는 경우까지 고려하고있다.

학부에서는 우박과 태풍이 온실박막에 주는 영향을 력학적으로 분석하고 결과를 설계에 반영하여 자연재해에 의한 피해를 미리막을수 있게 하였다.

우선 우박이 온실박막에 주는 영향을 력학적으로 분석하였다.

온실건설에 리용되는 기능성박막의 력학적특성량들을 실험을 통하여 결정하고 그에 기초하여 각이한 크기를 가진 우박이 각이한 분포를 가지고 떨어질 때 온실박막의 력학적상태를 공학해석프로그람인 ANSYS 18.2의 LS DYNA를 리용하여 해석하였다. 경계조건의 완화원리를 리용하여 우박과 박막이 접촉하는 구역을 포함하는 일정한 구역에서는 요소크기를 충분히 작게 분할하고 거기로부터 멀어짐에 따라 요소의 크기를 점차적으로 크게 하여 해석모형의 전체 요소수를 대폭 줄이였다. 이런 방법의 유한요소분할은 해석결과의 정확도는 충분히 보장하면서도 모의시간을 줄이는 우월한 방법으로서 해석대상의 기하학적실체가 매우 큰 경우에 적용하면 효과가 더욱 뚜렷하다.

또한 속도가 20m/s이상의 태풍이 부는 경우에 온실박막의 매 부분들이 받는 바람하중의 크기를 결정하고 그에 따라 온실박막의 력학적상태를 해석하여 온실박막이 견딜수 있는 최소바람속도를 결정하였다. 이때 대칭경계조건을 리용하여 전체 온실모형을 모의하지 않고 일부 구역만 모의하였다. 이런 모형화방법은 기하학적형태가 대칭이고 경계조건이 대칭인 구조물의 모의에 많이 리용되는 방법으로서 해석결과의 정확도를 떨구지 않으면서도 모의시간을 훨씬 감소시킬수 있는 우월한 방법이다.

해석결과로부터 우박이나 태풍과 같은 기후조건에서 설계한 온실박막의 어느 부위에서 최대응력이 생기며 력학적으로 안전하지 못한가를 미리 평가하고 보강대책을 취하여 자연재해에 미리 대응하고 남새생산에 지장을 받지 않게 하였다는데 연구사업의 의의가 있다.

자연재해에 미리 대응하기 위한 문제는 온실박막뿐이 아닌 모든 건물들에서 제기되는 기초적인 문제인것으로 하여 앞으로 자연재해시 건물들의 력학적상태에 대한 유한요소해석으로부터 력학적안전성을 담보하기 위한 연구에서는 보다 큰 성과가 이룩될것으로 기대되고있다.