초록
본 연구에서는 안전모 쉘 구조물의 정상부에 돌출부를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대해, 안전모의 두께와 하중면적을 변수로 변형률 에너지 밀도, 응력, 변위거동을 유한요소법으로 해석하였다. 변형률 에너지 밀도는 안전모로 전달되는 충격에너지 전달을 흡수하는 성능을 나타내는 변수로 안전모의 안전성을 고찰하는 중요한 요소 중의 하나이다. 유한요소 해석 결과에 의하면, 4,540N의 충격력이 안전모의 정상부 표면에 가해질 때 충격하중을 받는 하중면적이 증가할수록 최대응력은 선형적으로 줄어든다. 그러나, 최대 변형률 에너지 밀도는 하중면적이 증가할수록 커지는 것으로 나타났다. 변형률 에너지 밀도가 줄어들면, 안전모 착용자의 머리와 목 부분으로 전달되는 충격력은 줄어드는 것으로 나타났으며, 이것은 안전모의 충격에너지 흡수 안전성을 약화시키는 요인이 될 수 있다. 따라서, 안전모의 안전한 설계를 위해서는 정상부에 돌출 구조물을 설치하는 것이 좋지만, 이러한 수정 안전모는 충격에너지 흡수성능 측면에서는 불리함을 알 수 있다.
In this study, the strain energy density, stress and deformation behaviors have been analyzed as functions of a thickness and a force area of protective helmets with and without an extruder on the top of the shell structure using the finite element method. The strain energy density in which is related to the absorption capacity of an impact energy transfer is one of a key element of the helmet safety. The FEM analyzed results show that when the impulsive force of 4,540N is applied on the top surface of the helmets, the maximum stress is linearly reduced for an increased area of impact forces. But, the maximum strain energy density has been reduced for the increased force area. The reduced strain energy density may increase the impulsive forces transferred to the head and neck of helmet wearers, which may decrease the impact energy absorption safety of the helmets. In thus, it is safer design of the helmet in which has an extruded structure on the summit surface, but the modified helmet may decrease the impact energy absorption capacity.