“공학적인 측면에서는, 우주 왕복선 같은 복잡한 시스템에서도 고무링과 같이 기본적인 부품의 역할이 얼마나 중요한지, 또한 훌륭한 설계가 어떤 것인지에 대해 다시 한 번 생각해 볼 수 있는 기회가 되었다.”
목차
1. 설계 오류에 의한 피해 사례
1) 챌린저호 폭발 사고
2) Tacoma Narrow Bridge 붕괴
2. 공학적 문제(Engineering problem) 해결 방법
1) 실험적 방법에 의한 구조 해석
2) 고전적 해석 기법(Classical Method)에 의한 구조 해석
3) 수치 해석 기법(Numerical Anlaysis)에 의한 구조 해석
4) 수치해석의 종류
(1) 유한요소법(Finite Element Method, FEM)
(2) 유한차분법(Finite Difference Method, FDM)
(3) 경계요소법(Boundary Element Method, BEM)
(4) 무요소법(Mesh-free Method)
1. 설계 오류에 의한 피해 사례
1) 우주 왕복선 챌린저호 폭발 사고
우주왕복선(space shuttle)은 나사가 진행했던 유인 우주선 프로그램으로서, 2011년 아틀란티스호의 비행을 마지막으로 30년 간의 임무 수행을 끝냈다. 모두 5기(콜롬비아, 챌린저, 디스커버리, 아틀란티스, 엔데버)의 궤도선(orbiter)이 제작되어 사용되었고, 1981년 콜롬비아호를 시작으로 총 135회의 임무를 수행했다. 1986년 발생했던 챌린저호 사고는 우주왕복선 프로그램 중 발생했던 첫 번째 큰 사고였다.
미국 정부는 챌린저호 사고 조사를 위해 대통령 산하 사고 조사 위원회(Rogers Commission)를 구성하였고, 청문회를 비롯한 수개월 간의 조사 끝에 고체 추진 로켓의 고무링(O-ring)을 포함한 설계 결함과 왜곡된 의사 결정을 통해 날씨 및 제반 조건을 고려하지 않은 무리한 발사 강행이 사고 원인이라고 결론 내렸다. 노벨 물리학상 수상자이자 사고 조사 위원회 일원이었던 파인만 박사가 얼음물에 고무링을 넣었을 때 고무링이 탄성을 잃어버리는 것을 보여준 장면은 지금도 많은 사람들에게 회자된다.
챌린저호 폭발 사고 이후 나사가 다시 우주왕복선을 발사하는 데까지는 2년이 걸렸다. 완벽하다고 믿었던 우주왕복선에 설계 결함이 있다는 점과 나사 내부 및 협력 업체 간에 의사소통이 제대로 이루어지지 않고 있었다는 점은 많은 사람들에게 큰 충격으로 다가왔다.
공학적인 측면에서는, 우주왕복선 같은 복잡한 시스템에서도 고무링과 같이 기본적인 부품의 역할이 얼마나 중요한지, 또한 훌륭한 설계가 어떤 것인지에 대해 다시 한 번 생각해 볼 수 있는 기회가 되었다. 챌린저호 사고는 공학 윤리에 대해 사람들이 인식하게 된 중요한 계기가 되었는데, 많은 기관에서 공학 윤리에 대해 교육 과정을 마련하고 있다.
•
•
•
2. 공학적 문제(Engineering problem) 해결 방법
공학 엔지니어는 제품의 설계 및 제작, 운영 단계에서 발생 가능한 복잡한 공학적 문제를 해결해야 하는 데에 직면해 있습니다. 공학 엔지니어는 다양한 조건(Demand)에 대해 설계 제품의 성능(Capacity)을 확보하기 위해 구조 해석법을 이용하여 공학적 문제를 해결하고 있습니다. 제품의 성능을 확보하기 위한 구조 해석 방법은 크게 3가지로 구분할 수 있습니다.
첫 번째 방법으로는 실제와 유사한 자연 현상을 모사한 실험 방법이 있습니다. 실험에 의한 방법은 검토하고자 하는 대상 구조물을 실물 모형 또는 축소 모형으로 제작하고 실험 장치를 이용하여 자연 현상을 재현하는 방법입니다. 실제의 자연 현상을 그대로 모사할 수 있는 장점이 있으나, 고가의 실험장비, 실험의 장기화, 구현의 한계성이 있습니다.
두 번째 방법으로는 이론적인 접근 방식입니다. 일반적인 자연현상은 특정한 법칙과 조건에 따라 거동하는 현상으로 자연현상에 대한 수학적 표현(미분 방정식)으로 구성할 수 있으며, 이를 통해 해를 산정할 수 있습니다. 그러나 이러한 이론에 의한 방식은 단순한 모델에는 쉽게 적용이 가능하나 형상이 복잡하고 다분야가 포함되는 자연현상을 정확하게 고려해야 하는 실제 문제에는 거의 적용이 불가능합니다.
😥 미리 보기는 여기까지!
내용을 이어서 보고 싶다면,
아래 정보를 입력해 주세요.
