디지털 트윈 건전성 진단을 위한 회전체 시스템 유한요소모델 개발 (Digital Twin Finite Element Model for Fault Diagnosis of Rotor System)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 47권 / 5호 / 401 ~ 408페이지
· 저자명 : 이동민, 박천하, 김창완, 정준하, 오현석

초록

본 논문은 디지털 트윈 건전성 진단을 위한 회전체 시스템 유한요소모델 개발에 대해 서술한다. 회전체 시스템 형상, 재료 물성, 경계조건을 고려하여 정상 작동 상태를 모사하는 유한요소모델을 설명한다. 또한 비정상 작동 상태를 모사하기 위해 회전체 시스템 디스크 질량 불평형, 회전축 오정렬 고장 모드에서 발생하는 힘을 계산하는 수식을 유도하고 유한요소모델에 결함인가를 위한 이론적 배경을 설명한다. 테스트베드에서 취득한 진동 신호와 유한요소모델에서 계산된 진동 신호의 오차를 최소화하기 위해 베어링 지지강성과 굽힘 커플링 계수를 불확실 인자로 선정하고 모델 보정을 수행하였다. 보정된 유한요소모델 유효성 검증을 위해 테스트베드에서 새롭게 취득한 진동 신호와 유한요소모델에서 계산된 진동 신호를 서로 비교한다. 본 연구를 통해 개발된 회전체 시스템 유한요소모델은 건전성 진단용 데이터 부재 또는 데이터 불균형 문제 완화에 도움을 줄 것으로 기대한다.

영어초록

This study describes the development of a digital twin finite element (FE) model for rotor systems. The FE model incorporates the shape of the rotor system, material properties, and boundary conditions when the rotor system operates normally. Disk mass imbalance and angular misalignment are expressed in the form of a force equation. The vibration of the testbed is calculated using the FE model by incorporating the force equation. The FE model is calibrated by adjusting the bearing support stiffness and bending coupling coefficient to minimize the discrepancy between vibration data from the testbed and simulation model. The validity of the model is verified by comparing the vibration data from the newly acquired testbed with those of the calculated FE model. The developed FE model can alleviate the problem of data absence or data imbalance for fault diagnosis of actual rotor system.

참고자료

· 없음