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ISSN : 2288-0992(Print)
ISSN : 2288-100X(Online)
Protected Horticulture and Plant Factory Vol.23 No.4 pp.293-302
DOI : https://doi.org/10.12791/KSBEC.2014.23.4.293

Development of Rain Shelter for Chinese Cabbage Rainproof Cultivation

In Ho Yu1*, Eung Ho Lee2, Myeong Whan Cho1, Hee Ryong Ryu1, Doo Gyung Moon1
1Protected Horticulture Research Station, NIHHS, RDA, Haman, 637-812, Korea
2Ginseng Research Division, NIHHS, RDA, Eumseong, 369-873, Korea
Corresponding Author : ihyu2003@korea.kr
October 14, 2014 October 30, 2014 November 3, 2014

Abstract


배추재배용 비가림하우스 개발

유 인호1*, 이 응호2, 조 명환1, 류 희룡1, 문 두경1
1국립원예특작과학원 시설원예시험장
2국립원예특작과학원 인삼과

초록

This study was carried out to develop rain shelter which can make an appropriate size and environment for Chinese cabbage rainproof cultivation. Fifty three farms with chinese cabbage rainproof cultivation system have been investigated to set up width and height of rain shelter. Mostly the width of 6m was desired for rain shelter and the height of 1.6m for their eaves, so these values were chosen as the dimensions for rain shelter. After an analysis of their structural safety and installation costs by the specifications of the rafter pipe, Ø25.4×1.5t and 90cm have been set as the size of rafter that such size costs the least. This size is stable with 27m·s–1 of wind velocity and 17cm of snow depth. Therefore it is difficult to apply this dimension to area with higher climate load. In order to sort out such problem, the rain shelter has been designed to avoid damage on frame by opening plastic film to the ridge. Once greenhouse band is loosen by turning the manual switch at the both sides of rain shelter and open button of controller is pushed then switch motor rises up along the guide pipe and plastic film is opened to the ridge. Chinese cabbage can be damaged by insects if rain shelter is opened completely as revealed a field. To prevent this, farmers can install an insect-proof net. Further, the greenhouse can be damaged by typhoon while growing Chinese cabbage therefore the effect of an insect-proof net on structural safety has been analyzed. And then structural safety has been analyzed through using flow-structure interaction method at the wind condition of 40m·s–1. And it assumed that wind applied perpendicular to side of the rain shelter which was covered by insect-proof net. The results indicated that plastic film was directly affected by wind therefore high pressure occurred on the surface. But wind load on insectproof net was smaller than on plastic film and pressure distribution was also uniform. The results of structural analysis by applying pressure data extracted from flow analysis indicated that the maximum stress occurred at the end of pipe which is the ground part and the value has been 54.6MPa. The allowable stress of pipe in the standard of structural safety must be 215 MPa or more therefore structural safety of this rain shelter is satisfied.


    서 론

    배추는 김치의 주재료로서 우리 생활에 없어서는 안 되는 중요한 채소의 하나로 전체 채소 중 고추 다음으로 많은 재배면적을 차지하고 있다. 배추 재배면적은 2013 년 기준으로 채소 전체 재배면적의 13%인 32,186ha로 그 생산액은 9,798억원에 달하고 있다(MAFRA, 2014). 배추는 대부분 노지에서 재배되고 있어 재배기간 중 고 온, 가뭄, 폭우, 강풍 등의 이상기상 발생 여부에 의해 작황이 크게 좌우된다. 그래서 연차 간에 수급이 불안정 하고 가격 차이가 심한데, 특히 2010년에는 배추 가격이 2009년에 비해 197%까지 급등하기도 했다(http://www.kamis.co.kr).

    배추 수급 안정대책의 일환으로 비가림재배가 주목을 받고 있으며, 2014년도 농림축산식품부에서 발표한 배추 시설면적은 2,777ha에 이르고 있다. 비가림재배는 강우 차단에 의한 병해충 억제와 양·수분 조절의 용이성, 조 기 정식 및 재배기간 연장 등의 장점을 갖고 있어 배추 를 안정적으로 생산할 수 있다.

    재배 작물에 적합한 시설을 선정할 때는 작물에 따른 적정 생육환경, 폭설 및 태풍에 대한 구조안전성, 미기 상환경, 작업성, 시공비 등을 종합적으로 고려해야 한다. 현재 국내에서 상업적으로 이용되고 있는 온실은 주로 농가의 투자능력에 따라 설치되고 있는 실정인데, 연동 온실은 투자비가 많이 들어 배추재배에 적합하지 않다. 작물마다 초장이나 수관 폭 등이 차이가 있기 때문에 획일적인 규격의 온실로는 다양한 작물의 특성을 제대로 반영할 수 없으므로 배추 생산량을 안정적으로 확보하기 위해서는 배추 생육특성에 적합한 시설이 필요하다. 배 추는 대부분 노지에서 재배되고 있어서 농민들이 시설 설치에 많은 비용을 투입하기를 꺼려하므로 설치비가 적 게 들어야 하며, 또한 배추는 저온성 작물이기 때문에 시설 내 기온을 낮게 유지할 수 있도록 비가림하우스가 설계되어야 한다.

    온실에 대한 구조안전성 검토는 몇몇 연구자들에 의하 여 지속적으로 연구되어 왔으나(Kim 등, 1995; Lee, 1995; Lee 등, 1995, 2004, 2006; Park 등, 2005) 작물 별 생육 특성에 알맞은 온실 개발에 관한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 최근 들어 대립계 포도 비가림하우스 (Yum 등, 2007b), 성주지역 참외재배용 비닐하우스 (Baek, 2008), 딸기 고설재배용 비닐하우스(Yu 등, 2009a), 파프리카 재배용 비닐하우스(Yu 등, 2009b), 토 마토 재배용 비닐하우스(Yu 등, 2012), 고추 비가림재배 용 비닐하우스(Yu 등, 2013) 설계 등 작물별 생육에 적 합한 비닐하우스 모델이 개발되고 있다. 따라서 본 연구 에서는 배추재배에 적합한 규격과 생육 환경을 조성해 줄 수 있는 비가림하우스를 개발하고자 하였다.

    재료 및 방법

    1배추 비가림하우스의 구조현황 조사

    배추 비가림하우스의 규격을 설정하기 위하여 충북, 전북, 전남, 경남 등 주산지를 조사 대상지역으로 하였 다. 각 시군 농업기술센터로부터 추천받은 배추 비가림 재배 농가를 현지 방문하여 시설 유형을 직접 조사하거 나 설문지를 우송하여 조사하였으며, 53개 농가를 대상 으로 조사 결과를 분석하였다. 조사 내용은 비가림하우 스 폭, 지붕높이, 처마높이 등이었으며, 농가의 구조개선 희망사항을 분석하여 배추재배용 비가림하우스의 규격을 결정하였다.

    2구조해석

    농가 조사 결과로 결정된 배추 비가림하우스의 규격( 폭 6m, 처마높이 1.6m, 지붕높이 3.2m)에 대해 구조해 석을 하였다. 배추 비가림하우스는 강풍으로 인한 골조 피해를 예방하고 시설 내 기온을 낮게 유지할 목적으로 피복재를 용마루까지 말아 올려 완전히 개방할 수 있는 구조로 설계하였다. 즉 맑은 날에는 피복재를 완전 개방 하여 노지와 같은 상태로 만들어 줄 수 있으며 비가 올 경우에는 피복재를 처마높이까지 닫아 비를 가릴 수 있 는 구조이다. 피복재를 완전 개방할 경우 해충으로 인한 피해가 우려되므로 농가에서는 이를 막기 위해 방충망을 설치할 수 있으며, 배추를 재배하는 기간에 태풍이 지나 갈 수 있기 때문에 방충망이 구조안전에 미치는 영향을 분석할 필요가 있다. 따라서 두 가지 경우로 나누어 구 조해석을 하였는데, 하나는 비가림하우스 표면이 피복재 로 덮여있는 경우이며, 다른 하나는 피복재가 완전히 개 방된 상태에서 비가림하우스 표면이 방충망으로 덮여있 는 경우이다.

    2.1피복재로 덮여있는 경우

    서까래 규격별로 배추재배용 비가림하우스의 구조안전 성을 분석하였다. 구조해석 모델링 및 수치계산에는 범 용 유한요소해석 코드인 VisualFEA(Ver. 5.09; Intuition Software)를 이용하였으며, 3차원 프레임요소(3D frame element)를 사용하여 해석하였다. 구조 설계기준은 허용 응력설계법을 따랐다. 구조용 강관(SPVHS)의 탄성계수 는 200GPa, 프와송비는 0.3, 인장강도는 400MPa, 항복 강도는 295MPa, 허용응력은 215MPa을 적용하였다. 허 용응력 sa는 안전계수(safety factor)를 1.5로 적용(Yum 등, 2007b)하지 않고 2007년 KS규격 개정으로 파이프 품질이 개선되었다는 전제하에 1.3으로 적용(Yum 등, 2007a)하였다. 비가림하우스에 작용하는 하중으로 파이 프 자중(Wd), 풍하중(Pv) 및 적설하중(Ws)을 고려하였다. 풍하중 및 적설하중의 재하방법은 Lee 등(1995)과 (일) 시설원예협회(2005)의 기준을 따랐다.

    2.2방충망으로 덮여있는 경우

    방충망으로 덮여있는 배추 비가림하우스의 구조해석은 열·유동해석 코드인 ANSYS Fluent V14.5와 ANSYS Mechanical V14.5를 이용한 유동-구조 연성해석 기법을 이용하였다.

    유동해석

    유동해석은 내재해 설계기준 최고 풍속인 40m·s−1의 바람이 측면에 수직으로 작용할 때 시설이 받는 풍하중 을 추출하여 유동-구조 연성해석 하중조건으로 사용하는 것이 목적이다. 유동해석 시간을 최소화하기 위해 생성 한 기하모델은 길이 96m의 1/2 대칭모델을 사용하였다. 그리고 방충망(가로/세로의 눈 크기 1.06/2.04mm, 와이 어 굵기 0.09mm)은 실제의 형상을 구현하기 어렵기 때 문에 Porous media로 가정하여 격자수를 최소화하였다.

    유동해석에 사용된 비가림하우스의 유동장 형상은 Fig. 1과 같다. 유동해석의 안정성을 위해 비가림하우스 의 폭(W)을 기준으로 폭 방향으로 30배, 높이 방향으로 15배 확장하였다.

    해석에 사용된 격자계는 ANSYS Meshing V14.5를 사용하여 생성하였다. 전체적으로 Fig. 2와 같이 육면체 형태의 격자계를 사용하였으며, 비가림하우스의 방충망 과 피복재, 지면 주위에는 Fig. 3과 같이 Layer을 두어 점성에 의한 윈드 쉬어(Wind shear)를 충분히 고려할 수 있도록 격자를 생성하였다. 격자의 절점 수는 2,941,011 개, 요소 수는 2,874,179개이다.

    유동상태는 정상상태이고, 난류모델은 SST(Shear Stress Transport) Transition 모델을 사용하였다. 해당 모델은 벽 면에서 일어나는 윈드 쉬어(Wind shear)에 대해 높은 정확 도를 가지는 것으로 알려진 모델이다. Fig. 4와 같이 비가 림하우스의 피복재부분은 벽으로 가정하였고, 피복재와 지 면에 점착조건을 적용하여 점성효과를 고려하도록 하였다.

    방충망은 실제 형상을 모델링하여 격자를 생성할 경우 매우 많은 양의 격자가 필요하기 때문에 Porous media 로 가정하였다. Porous media는 해당 영역에 실제 형상 과 유사한 저항을 적용하여, 압력을 변화시키는 방법이 다. 비가림하우스의 방충망 해석에 주로 쓰이는 방법으 로 계산에 소요되는 시간을 단축할 수 있다. Porous media를 정의하기 위해서는 방충망의 Porosity와 Face permeability, Pressure-jump coefficient가 필요하다. Porosity는 방충망의 한 개의 눈에서 방충망이 차지하는 부분과 유체가 차지하는 부분의 공간 비율이다. Face permeability는 유체가 방충망을 지날 때 방충망의 와이 어에서 생기는 점성저항을 의미한다. Pressure-jump 계 수는 유체가 방충망을 지나갈 때 생기는 관성저항이다. 방충망에 대한 계수는 식(1)~식(3)에 의해 결정할 수 있 으며(Yun 등, 2007), 방충망에 의한 압력강하는 식(4)로 계산할 수 있다.

    a = L d 1 d L1
    (1)

    여기서, a는 방충망의 porosity, L, l은 방충망 격자의 폭 과 높이(m), 는 방충망 string의 직경(m)이다.

    K = 3.34 x 10-9 a1.6
    (2)

    여기서, K는 Face permeability(m2)이다.

    Y = 4.3 × 10 2 a 2.13
    (3)

    여기서, Y는 방충망에 의한 비선형 모멘텀 손실계수이다.

    P x = K μ u + ρ Y K u 2
    (4)

    여기서, μ는 Dynamic viscosity(Pa·s), ρ는 air density (kg·m−3), Y / K 는 Pressure-jump coefficient(m−1)이다.

    Fig. 5는 유동장 경계조건을 나타내고 있으며, 유입면 (적색)은 Velocity-inlet 40m·s−1 조건을 사용하였고, 유출 면(하늘색)과 비가림하우스의 앞과 상부면에는 Pressure outlet 0Pa 조건을 사용하여 유동장 밖으로 유체가 나갈 수 있도록 설정하였다. 그리고 대칭면에는 Symmetry 조 건을 사용하였다.

    구조해석

    구조해석 기하 모델은 DesignModeler V14.5를 이용하 여 생성하였으며, Table 1의 비가림하우스 부재 규격에 따라 파이프와 피복재를 각 Beam과 Surface로 모델링하 였다. 생성한 기하모델은 길이 96m의 절반모델로서 대 칭형상이며, Fig. 6은 구조해석 모델 형상을 나타내고 있다. Surface 형상은 유동해석에서 도출된 압력데이터 를 맵핑(Mapping)하기 위한 것으로 구조해석 시 풍하중 을 전달하는 매개체로 활용하였다.

    구조해석 유한요소모델 격자는 ANSYS Mechanical V14.5 Beam 188번과 Shell 183번을 사용하여 생성하였 다. Fig. 7은 구조해석 유한요소모델을 나타내었으며, 해 석에 사용된 요소의 개수는 133,488개이고, 절점의 개수 는 132,711개이다.

    유동해석으로부터 추출된 압력은 각 절점에서 계산 되 는 X, Y, Z의 3방향의 벡터하중으로 적용된다. 유동-구조 연성해석을 수행하기 위해서는 하중 전달 영역과 하중을 받아들이는 영역을 구분하여 설정해 주어야 하므로, 유동 해석 결과로 도출된 압력데이터를 구조해석의 동일한 부 분에 적용하여 하중데이터를 맵핑하는 것이 중요하다. Fig. 8은 풍속 40m·s−1를 적용한 유동해석 결과로부터 추출된 압력데이터를 맵핑한 부분을 나타내었다.

    결과 및 고찰

    1배추 비가림하우스의 구조현황

    배추 비가림하우스의 규격을 설정하기 위하여 배추 비 가림재배 농가의 시설 구조실태와 구조개선 희망사항을 조사하였다. Table 2에서 보는 바와 같이 배추 비가림하 우스의 폭은 6m 미만부터 8m 이상까지 다양하였으며, 그 중에서 폭 6m 미만의 비가림하우스가 58%를 차지하 고 있었다. 희망하는 비가림하우스의 폭은 6m가 가장 많 았는데, 이는 6m 미만 폭의 비가림하우스에서 배추 비가 림재배를 하는데 불편을 느끼는 농업인이 많기 때문으로 판단된다. 조사 대상 비가림하우스의 처마높이(측고) 현 황과 농업인이 희망하는 처마높이를 분석한 결과는 Table 3과 같다. 조사 대상 비가림하우스 중 처마높이 1.5m 이 하인 경우가 가장 많았으며, 농업인 희망하는 비가림하우 스의 처마높이는 1.6m가 가장 많은 것으로 조사되었다. 비가림하우스 피복재의 종류는 PE 재질이 52농가로 가장 많았으며, 피복재 교체주기는 3년마다 교체하는 농가가 33농가로 가장 많았다. 이처럼 피복재를 제거하지 않은 상태로 겨울을 넘기는 경우가 많기 때문에 비가림하우스 설계 시 풍하중뿐만 아니라 적설에 대한 구조안전성도 반드시 고려해야 할 것으로 판단되었다. 비가림하우스 규 격은 농기계 작업의 용이성, 농가의 의견 등을 고려하여 폭 6m, 처마높이 1.6m, 지붕높이 3.2m로 결정하였다.

    2배추 비가림하우스 구조해석

    2.1피복재로 덮여있는 경우

    서까래 부재는 Ø25.4×1.5t, Ø31.8×1.5t 비닐하우스 구 조용 파이프를 대상으로 하여 구조안전성을 분석하였다. 가로대 부재는 Ø25.4×1.5t 비닐하우스 구조용 파이프를 사용하였으며, 처마부 가로대를 포함하여 지붕면에 5개 설치하는 것으로 하였다. 서까래 부재 규격별 구조안전성 은 Table 4와 같다. 원예특작시설 내재해 기준의 최소 적 설심 20cm를 만족하기 위해서는 Ø25.4×1.5t 파이프를 사 용할 경우 70cm 간격으로 서까래 파이프를 설치해야 하 며, 적설심 40cm를 만족하기 위해서는 Ø31.8×1.5t 파이 프로 60cm 간격으로 설치해야 한다. 또한 풍속 40m·s−1 에 안전하기 위해서는 Ø31.8×1.5t 파이프를 60cm 간격으 로 설치해야 한다. Fig. 9는 Ø25.4×1.5t 서까래 파이프를 90cm 간격으로 설치한 비가림하우스에 풍속 27m·s−1, 적 설심 17cm의 하중을 적용하였을 때 부재에 발생하는 응 력분포도를 나타낸 것이다.

    2.2방충망으로 덮여있는 경우

    유동해석

    유동해석 결과는 CFD-Post V14.5에서 속도벡터, 압력 분포를 도출하여 비가림하우스가 받는 풍하중의 특성을 분석하였다. Fig. 10의 (a)는 비가림하우스의 종단면을 나타내고, Fig. 10의 (b)와 (c)는 종단면에서의 속도벡터 와 압력분포이다. Fig. 10의 (b) A영역의 속도벡터를 보 면, 비가림하우스 앞부분 피복재의 영향으로 비가림하우 스 외부에서는 유체가 빠르게 지나가고, 비가림하우스 내 부에서는 유체가 선회하는 것을 볼 수 있다. Fig. 10의 (c)를 보면, 선회하는 곳에서의 압력이 주변보다 낮다. 그 리고 피복재에 의해 유체가 양쪽으로 나눠지는 부분에서 는 속도가 급격히 올라가면서 압력이 떨어지는 경향을 보이고 있다. 하지만 방충망이 있는 영역의 압력분포는 균일한 것을 볼 수 있다. 그러므로 피복재로 덮여 있는 영역의 압력차가 크게 나타나고, 이 압력차로 인해 발생 하는 풍하중은 방충망이 있는 부분보다 크게 작용한다.

    Fig. 11의 (a)는 비가림하우스 횡단면 1을 나타내고 있 다. Fig. 11의 (b)는 속도벡터를 나타낸 것으로 유동이 비가림하우스의 피복재에 막혀 천정부분에서 속도가 증 가하다가 천정을 지나면서 다시 속도가 낮아진다. 압력 은 유체가 비가림하우스와 최초로 부딪히는 부분에서 높 아지고, 비가림하우스 천정에서 낮아지기 때문에 해당 부분들에서 압력차가 크게 발생한다. 그러므로 이 부분 들에서 풍하중이 높게 작용할 것으로 판단된다.

    Fig. 12의 (a)는 방충망이 있는 횡단면 2의 위치를 나 타내고 있다. Fig. 12의 (b) 속도벡터는 방충망 하단부에 있는 피복재의 영향으로 인해 방충망을 통과하는 유체의 속도가 빠른 경향을 확인할 수 있다. 하지만 Fig. 12의 (c)의 압력분포를 보면, 횡단면 1처럼 피복재로 덮여있는 부분보다 압력차는 크지 않음을 알 수 있다. 그리고 방 충망의 효과로 인해 압력강하가 발생하는 것을 확인할 수 있으며 방충망에도 풍하중이 작용되고 있음을 알 수 있다.

    Fig. 13은 피복재 및 방충망에 작용하는 압력분포이다. Fig. 13의 (a)를 보면, A에서 비가림하우스의 피복재가 받는 압력이 급격하게 변화하고, B에서는 압력이 균일한 모습을 보이고 있다. 반면 방충망의 경우 압력이 균일하 게 분포하는 것을 볼 수 있다.

    구조해석

    Fig. 14는 비가림하우스에 발생되는 최대응력을 나타 내었다. 최대응력은 파이프의 끝단 즉, 지면 부분에서 나타났다. Fig. 15는 비가림하우스 전면부에서의 최대응 력을 나타내었다. 이는 앞서 Fig. 10의 (c)에서 설명한 바와 같이 피복재의 영향으로 방충망영역보다 피복재영 역에서 상대적으로 높은 압력으로 인한 응력집중현상이 발생하였다. 비가림하우스 파이프에 발생되는 최대응력 은 54.6MPa로 구조안전 판단 기준인 파이프의 허용응력 215MPa 이내여서 내재해 설계기준 최고 풍속인 40m·s−1 에 구조적으로 안전한 것으로 판단되었다.

    3배추 비가림하우스의 설계

    배추는 대부분 노지에서 재배되고 있기 때문에 농민들 이 시설 설치에 많은 비용을 투입하기를 꺼려하므로 설치 비가 적게 들어야 한다. 그래서 배추 비가림하우스의 서까 래 규격은 Table 4에 나와 있는 규격 중 설치비가 가장 적게 드는 Ø25.4×1.5t, 90cm 간격으로 결정하였다. 이 규 격은 풍속 27m·s−1, 적설 17cm에 안전하기 때문에 이보다 기상하중이 큰 지역에는 적용하기가 곤란한데, 이를 해소 하기 위해 피복재를 용마루까지 열 수 있는 구조로 설계 하였다. 배추는 태풍을 맞아도 큰 피해를 입지 않기 때문 에 피복재를 완전히 열 수 있으며, 이렇게 함으로써 바람 이 골조 사이를 통과하기 때문에 골조 피해를 예방할 수 있다. 또한 피복재를 완전히 열면 외기온과 비슷한 수준으 로 시설 내 기온을 낮게 유지할 수 있으므로 저온성 작물 인 배추 재배에 좋은 환경을 만들어 줄 수 있다.

    피복재를 용마루까지 열기 위해서는 몇 가지 장비들이 필요하다. 피복재를 개폐하는 개폐모터가 하우스 서까래 모양을 따라 이동하도록 안내해 주는 가이드 파이프, 개 폐모터와 가이드 파이프를 연결해 주는 가이드롤러, 하 우스밴드, 수동개폐기, 제어반 등이 필요하다. 비가림하 우스 양 측면에 있는 수동개폐기를 돌려 하우스밴드를 느슨하게 풀어주고 제어반에서 열림버튼을 누르면 개폐 모터가 가이드 파이프를 따라 올라가면서 피복재가 용마 루까지 개방된다. Fig. 16은 개발된 배추 비가림하우스 설치 사진 및 장비를 나타내고 있다.

    적 요

    본 연구에서는 배추 재배에 적합한 규격과 생육 환경 을 조성해 줄 수 있는 비가림하우스를 개발하고자 하였 다. 전국 53개 배추 비가림재배 농가를 대상으로 비가림 하우스 구조실태 및 구조개선 희망사항을 조사하여 비가 림하우스 폭과 높이를 설정하였다. 비가림하우스 규격은 농기계 작업의 용이성, 농가의 의견 등을 고려하여 폭 6m, 처마높이 1.6m, 지붕높이 3.2m로 결정하였다. 서까 래 규격별 구조안전성과 설치비를 분석한 후 설치비가 가장 적게 드는 Ø25.4×1.5t 파이프를 서까래로 하고 그 간격이 90cm인 모델을 기본 규격으로 결정하였다. 이 규 격은 풍속 27m·s−1, 적설 17cm에 안전하기 때문에 이보 다 기상하중이 큰 지역에는 적용하기가 곤란한데, 이를 해소하기 위해 피복재를 용마루까지 열어 골조 피해를 예방할 수 있는 구조로 설계하였다. 비가림하우스 양 측 면에 있는 수동개폐기를 돌려 하우스밴드를 느슨하게 풀 어주고 제어반에서 열림버튼을 누르면 개폐모터가 가이 드 파이프를 따라 올라가면서 피복재가 용마루까지 개방 된다. 피복재를 완전 개방할 경우 해충으로 인한 피해가 우려되므로 농가에서는 이를 막기 위해 방충망을 설치할 수 있다. 배추를 재배하는 기간에 태풍이 지나갈 수 있기 때문에 방충망이 구조안전에 미치는 영향을 분석하였다. 40m·s−1의 바람이 방충망으로 덮여있는 비가림하우스 측 면에 수직으로 작용하는 조건에 대해 유동-구조 연성해석 기법을 이용하여 구조안전성을 분석하였다. 유동해석 결 과, 피복재 부분은 바람의 영향을 그대로 받기 때문에 피 복재 표면에 압력이 크게 작용하였다. 방충망 부분에도 풍하중이 작용하였으나 피복재 부분보다는 압력이 작게 작용하고 분포가 균일하였다. 유동해석에서 도출된 압력 데이터를 적용하여 구조해석한 결과, 최대응력은 파이프 의 끝단 즉, 지면부분에서 나타났으며, 그 값은 54.6Mpa 이었다. 구조안전 판단 기준인 파이프의 허용응력 215MPa 이내여서 구조적으로 안전한 것으로 판단되었다.

    추가 주제어 :

    구조안전성, 내재해, 유한요소해석, 이상기 상, 전산유체역학

    Figure

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    Computational region for CFD simulation.

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    Grid for flow analysis.

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    Layers around net and ground.

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    Boundary conditions of plastic film and net.

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    Boundary conditions of flow field.

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    Model for structural analysis.

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    Finite-element model for structural analysis.

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    Air pressure data extracted from CFD analysis.

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    Stress distribution of members on rain shelter.

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    Velocity vector and pressure distribution at longitudinal section.

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    Velocity vector and pressure distribution at cross section 1.

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    Velocity vector and pressure distribution at cross section 2.

    KSBEC-23-293_F13.gif

    Distributions of air pressure at plastic film and net.

    KSBEC-23-293_F14.gif

    The point which maximum stress occurred.

    KSBEC-23-293_F15.gif

    vPhotographs of rain shelter and equipments.

    KSBEC-23-293_F16.gif

    Photographs of rain shelter and equipments.

    Table

    Dimension of rain shelter members.

    The current width of the surveyed greenhouses and the desired width.

    The current eaves height of the surveyed greenhouses and the desired eaves height.

    Structural safety by rafter dimension.

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