Transactions of the KSME C: Technology and Education (대한기계학회논문집 C: 기술과 교육)
The Korean Society of Mechanical Engineers
- Semi Annual
- /
- 2288-3991(eISSN)
Aim & Scope
기본목적 : 기계공학은 우리나라 산업 전반의 핵심 기술로서 우리나라 산업의 도약을 주도하고 있으며, 그 중요성은 더욱 증대되고 있습니다. 다양한 산학연관의 공동 연구 개발 활동을 장려하고, 국내외 기계공학 분야 엔지니어들과 연구자들의 적극적인 참여와 소통의 장이 되도록 대한기계학회에서는 지속적으로 모든 노력을 경주하고 있습니다. 특히, 창조와 융합의 현실화가 중요한 현 시대에 대한기계학회에서는 기계공학 전 분야에 걸쳐 현재의 산업 기술과 미래지향적인 혁신 기술을 대상으로 한 토론과 융합의 장을 마련하고자 2013년 “산업기술과 혁신(대한기계학회논문집C)”을 창간하였습니다. 2019년에는 기존의 기술 논문 외에 기계공학 교육과 관련한 논문까지 폭넓게 아우르고자 제호를 ‘기술과 교육“으로 변경하여 지금에 이르고 있습니다. 본 논문집은 학계·연구원·산업체에서의 훌륭한 연구 또는 개발 결과 등을 손쉽게 국내외에 널리 알릴 수 있으며, 공학 교육 혁신 등 기계공학 교육과 관련한 내용 역시 손쉽게 발표될 수 있도록 논문의 내용에 제한을 두지 않는 열린 공간입니다. 분야 : 재료 및 파괴, CAE 및 응용역학, 동역학 및 제어, 생산 및 설계공학, 열공학, 유체공학, 에너지 및 동력공학, 신뢰성, 바이오공학, 마이크로/나노공학, 플랜트, IT융합 등 기계공학 전반에 걸친 응용 기술 및 기계공학 교육 관련 논문
http://journal-c.ksme.or.krVolume 1 Issue 1
-
Choi, Chan Kyu;Kim, Ju Chul;Yun, Ju Young;Sim, Jung Kil;Yoo, Hong Hee 1
SIM card socket은 USIM 카드를 휴대폰에 고정시키기 위하여 많이 사용되며 사용자의 편의를 위하여 push-push 기구를 많이 사용하고 있다. Push-push 기구는 하트-캠 구조에 의해 작동되며 사용자가 USIM 카드를 한번 눌러주면 삽입이 되면서 locking, USIM 카드를 다시한번 눌러주면 토출이 되면서 unlocking이 되는 기구이다. Push-push 기구는 주 스프링에 의해 구동되는데 주 스프링에 의해 캠 슬라이더와 캠 스틱에 응력이 발생하여 기구가 파손되기도 한다. 따라서 push-push 기구 동작 시 발생하는 응력을 반드시 고려한 기구 설계가 필요하다. 기존의 기구 설계 방식은 정적인 응력해석 결과만 사용한 방식을 사용하였다. 하지만 기구 특성상 동작 시 충격력이 반드시 발생하기 때문에 충격력에 의해 발생하는 동응력을 해석하고 기구 설계에 반영하여야 한다. 본 논문에서는 push-push 기구 동작 시 발생하는 동응력 해석을 위하여 push-push 기구의 유연 다물체 동역학 모델을 개발하고 기구 동작 시 발생하는 동응력을 해석하였다. -
Kim, Byung-Kuk;Kim, Hyunsoo;Kim, Hyoung June;Park, Joonwoo;Kim, Yoonsuk;Park, Seungho 7
$SnO_2$ (tin oxide) 박막은 물리적, 전기적 성질이 우수하여 첨단산업의 다양한 분야에서 널리 응용/개발되고 있다. 이의 응용대상은 다양한 센서, 윈드쉴드(windshield) 윈도우의 히팅 요소, 태양전지, flat panel diplay에서의 투명전극을 들 수 있다. 본 연구에서는 대면적 기판에 대한 APCVD 공정개발을 위하여 실험용 2세대 크기의 유리기판에$SnO_2$ 박막증착 실험을 수행하였다. 증착 온도가 증가함에 따라 증착 두께가 두꺼워지고 이에 따라 면저항은 감소, 투과도는 감소, 연무도 (haze)는 증가함을 확인하였다. 증착을 위한 전구체인$SnCl_4$ 의 유량이 증가함에 따라 증착 두께 역시 증가하고 이에 따라 면저항은 감소한다. 그러나 투과도와 연무도는$SnCl_4$ 유량의 영향을 거의 받지 않는다는 것을 확인하였다. -
Jeong, In-Sook;Ban, Min-Sung;Son, Kwang-Eun;Lee, Byoung-Bag 13
$F{\theta}$ 렌즈는 레이저 프린터의 LSU(Laser Scanning Unit)의 중요 부품으로서$F{\theta}$ 렌즈를 통과한 주사빔의 상 위치는 주사빔의 렌즈 입사각에 비례한다. 본 논문에서는 당사에서 개발한 A4 사이즈용$F{\theta}$ 렌즈를 설계, 제작하고 보정하는 과정을 소개하였다. 렌즈 개발에서 광학설계는 Zemax를 사용하였고 주사빔의 주주사방향 및 부주사방향의 왜곡을 최소화 하기 위하여 렌즈면은 특수한 토릭면으로 하였다. 렌즈 금형은 1nm 의 분해능을 갖는 초정밀 가공기로 제작하였다. 렌즈 사출 후 성능을 평가하고 측정값과 설계값의 차이를 바탕으로 설계보정식을 유도하여 렌즈 금형을 수정하였다. 금형 수정 후 사출렌즈의 재측정 결과 초기 설계값에 가까운 성능을 확인하였다. -
본 논문에서는 최근 미래 신산업 혁명을 주도할 유망기술로 각광 받고 있는 3D 프린팅 기술과 이를 이용한 조직공학 및 재생의학 분야의 응용 기술을 살펴보았다. 한국기계연구원에서는 3D 프린팅 기술을 바탕으로 독자적인 3D 바이오프린팅 장비를 설계 및 제작하였으며, 개발된 3D 바이오프린팅 장비를 이용하여 다양한 분야에 적용이 가능한 3D 형상의 조직공학용 스캐폴드를 제작하였다. 또한 세포와 생체재료를 3D로 직접 프린팅 할 수 있는 세포 프린팅 기술을 개발하였으며, 이는 인공장기 개발분야의 원천 기술로 조직공학 및 재생의학 분야에 3D 프린팅 기술이 활용될 수 있는 기반을 확립하였다.
-
플레어 시스템은 해저 원유 시추 시 폐 가스 및 오일을 연소시키는 장비로 폐 연료 연소 시 발생하는 고 열원으로부터 선체, 장비 및 인명을 보호하기 위한 해양플랜트 기자재이다. 플레어 시스템은 유정 시험 장비 중의 하나로서 선급의 설계승인을 필수적으로 받아야 하는 주요 장비이다. 본 연구에서는 플레어 시스템의 설계 승인을 위한 작업 중 전산해석과 관련된 부분에 대해서 소개하고자 한다.
-
Woo, Nam-Sub;Kwon, Jae-Ki;Park, Jong-Myung;Kim, Sang-Shik;Kim, Young-Ju 33
해상에서의 시추작업은 해저면을 통해서 시추되는 유정에서 이루어지는 일련의 기계적 프로세스라 할 수 있다. 해양 시추설비는 해저에 매장된 석유나 가스의 매장량 확인을 위한 테스트 유정(well)과 이를 경제성 있는 생산용 유정으로 만들기 위해 사용되는 시설로 해양에서의 시추작업은 대부분 타 지역으로의 이동을 위해 이동식으로 제작되며, 작업 해역의 수심에 따라 크게 리그(jack-up, semi-submersible)와 드릴십(drillship)으로 구분할 수 있다. 최근에는 석유와 가스의 개발을 위한 시추작업이 급진적으로 심해로 옮겨가고 있으며 작업 가능 수심이 3,000 m에 이르고 있다. 본 논문에서는 이러한 해상 시추설비에 탑재되는 대표적 해양플랜트 기자재인 시추시스템을 소개하고 최근의 기술개발 동향을 알아보고자 한다. -
탑 드라이브 장비는 드릴 비트에 회전력을 전달하여 굴착을 하게하는 장치이며, 1983년 Derrick Drilling Machine의 Kelly Rotary Table로 시작하여, 1984년에 DDM 650 DC가 등장함으로써 본격적으로 개발 되기 시작했다. 이러한 탑 드라이브 장비는 미국의 N사와 노르웨이 A사가 전 세계 시장의 90% 이상을 점유하고 있으며, 이로 인하여 탑 드라이브 장비의 세계시장 진입과 장비에 대한 정보가 제한적일 수 밖에 없다. 따라서 본 논문에서는 제한된 정보를 통하여 신뢰성을 가지는 제품을 개발하기 위한 절차 및 방법에 대하여 소개하고자 한다. 설계 오류 및 신뢰성이 검증된 제품 디자인을 위하여 3D Tool을 사용하였으며, 이를 활용하여 설계오류, 간섭체크, 기능체크, 구조강도 해석 등을 수행하여 제품의 신뢰성을 사전 검증 하였다.
-
해양플랜트의 설계는 위험요인을 정량적 위험성평가를 통해 계량화하여 그 결과를 설계에 반영하는 것이 일반화되어 있다. 대표적인 위험요소인 화재 위험에 대해서도 이는 마찬가지다. 계량화된 화재 위험에 대해 작업자들이 탈출하는 동안 안전설비의 기능을 유지하고 발생된 화재가 더 크게 전이(escalation)되는 것을 방지하는 것이 방화대책의 궁극적인 목적이다. 본 논문에서는 대표적인 방화대책인 능동방화대책과 수동방화대책의 적용사례를 살펴보고 수동방화대책의 설계기법들을 소개한다. 수동방화대책은 효과적인 방화기법이지만 초기 투자비가 많이 소요되고 운용과 유지보수에 애로사항이 크다. 따라서, 최근 들어 발주자들은 수동방화대책을 최적화하도록 해양플랜트 설계자에게 요청하는 추세이다.
-
Yang, Keun-Mo;Lim, Dong-Hoon;Kim, Joon Ha;Jung, Hyung-Ho 59
본 연구에서는 한외여과막과 역삼투압막으로 이루어진 해수담수화장치를 구성하였다. 해수를 취수하여 디스크필터와 한외여과막을 이용한 전처리설비를 통과시켜 생산한 전처리수의$SDI_{15}$ 와 탁도를 측정하여 역삼투압해수담수설비에 적합함을 밝혔다. 역삼투압해수담수설비의 부산물인 브라인을 전처리수와 혼합하여 역삼투압해수담수설비의 입구농도를 변화시켰다. 농도 변화실험에서, 해수농도가 역삼투압해수담수설비의 성능에 끼치는 영향을 실험으로 구하였다. 염배제율, 회수율, 생산수의 수질은 입구농도에 따라 많은 변화가 있었으며, 에너지소비량도 입구농도에 거의 선형적으로 상승하는 것을 실험으로 구하였다. -
Moon, Jeong-Ki;Park, Kwang-Seok;Yoo, Yoon-Ki;Yun, Young-Ki 69
역삼투막을 이용한 해수담수화 공정에서 발생되는 농축수의 최소방류 및 회수율 극대화를 위한 공정으로 전기투석을 이용한 농축수의 이차 농축기술 연구를 수행하였다. 실험방법은 정전압운전 방식을 채용하였으며, 농축/탈염조의 용량비율, 전압별 변화 및 전해질을 농축수로 활용시 등에 대한 검토를 수행하였다. 사용한 막은 다가이온막을 채용하였으며, 전력효율을 최소화하며, 농축수의 농도를 극대화 및 탈염수의 농도를 최소화할 수 있는 조건 도출을 목표로 삼았다. 실험결과 농축/탈염조의 비율은 1대 5의 비율이, 전압의 경우 12V로 전해질의 경우 농축수를 이용시에도 효율에는 큰 차이가 발생하지 않았다. 이와 같은 실험조건에서 도출된 최적조건으로는 탈염수의 총용존고형물 농도가 5.32g/l, 이차 농축수의 염도는 17.07%이며 전력량은 탈염수 톤당 16.74kWh로 나타났다. -
Koo, Jae-Wuk;Lee, Sangho;Hong, Seungkwan;Kim, Joon Ha 75
셰일가스는 전 세계의 에너지 사용방식을 크게 변화시킬 만한 잠재력을 가지고 있다. 그러나 셰일가스 생산과정에서의 물의 사용과 폐수의 처리와 관련된 환경문제에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 논문은 셰일가스 용수관리와 관련된 이슈를 제시하고 이러한 이슈를 해결하기 위한 기존 기술들에 대한 내용을 소개하고 있다. 또한 본 논문은 정삼투와 막증류와 같이 셰일가스 폐수처리를 위한 새로운 기술의 전망에 대해서도 다루고 있다. -
Kim, Jung Sik;Shin, Hyun Su;Lee, Eun Kyoung;Jung, Bong Ik 83
본 연구는 정수처리공정에서 사용하는 염소소독으로 취급이 용이하며, 기존 액화염소를 대체할 수 있는 현장발생형 고농도 차아염소산나트륨 발생장치를 국산화 개발하는 것이다. 이 장치는 포화소금물을 이용한 전기화학적 특성으로 고농도(12%)의 차아염소산나트륨을 생성하는 것으로, 저농도(0.8%)의 차아염소산나트륨 발생장치보다 전류효율 38.7 % 높이고, 소금사용량 54.6 %와 클로레이트 함량 97.3%을 저감하는 장치이다. -
Han, Bangwoo;Kim, Hak-Joon;Kim, Yong-Jin;Kim, Han-Seok 91
에너지 소비량 증가 및 고유가로 인한 에너지 자원 수급의 불안정 상황에서 새로운 차세대 에너지원으로 셰일가스가 관심을 받고 있다. 셰일가스는 풍부한 매장량과 고른 지역적 분포로 인해 기존의 에너지 역학 구도까지 바꿀 것으로 기대되고 있다. 셰일가스의 개발과정은 시추와 파쇄 및 생산의 과정으로 이루어지는데 이러한 셰일가스 개발과정에서 요구되는 수평시추, 수압파쇄 등의 핵심 기술과 개발과정에 발생하는 환경 이슈문제, 그리고 이를 해결하기 위한 추가 요구 기술과 현재의 연구 진행 현황 등을 살펴보고자 한다. -
Ko, Junseok;Park, Seong-Je;Kim, Ki-Duck;Hong, Yong-Ju;Koh, Deuk-Yong;Kim, Hyobong;Yeom, Hankil 99
LNG 극저온기계기술 시험인증센터에 구축되는 LNG 선박용 펌프 및 압축기 성능시험에서 발생하는 증발가스는 안전을 위하여 전량 회수가 요구된다. 본 논문에서는 36 MTD 용량의 천연가스 재액화 시스템에 대한 기본 설계 연구를 수행하였다. 대기압,$-60^{\circ}C$ , 일반적인 도시가스 조성비, 1,500 kg/hr 유량의 공급 가스를 기본 설계 조건으로 하여 공정 설계가 이루어졌고, 입구 온도 조건 및 가스 조성비에 따른 LNG 생산량 또한 계산하여 다양한 입구 설계 조건에 따른 시스템의 성능 변화를 비교, 분석하였다. 공정 설계 외에도 재액화 시스템의 핵심 기기인 송풍기, 압축기, 극저온 열교환기, 컴팬더의 제작 사양이 도출되었으며, 전력 및 냉각수의 유틸리티 요구조건 또한 기본 설계를 통해 도출되었다. -
Lim, Hyung-Soo;Choi, Bum-Seog;Park, Moo-Ryong;Park, Jun-Young;Yoo, Il-Su;Seo, Jeong-Min;Hwang, Soon-Chan;Yoon, Eui-Soo;Han, Sang-Jo 107
본 논문은 산업현장에서 발생하는 폐열원을 이용하여 200kW의 발전을 하기위한 터빈의 개발에 관한 전반적인 과정이 제시되었다. 유기 랭킨 사이클에 적용되는 터빈은 세계적으로도 개발이 활발히 진행되고 있는 단계이며, 시장 성장에 관한 잠재성이 크다. 따라서 국내의 연구기관에서도 많은 관심을 가지고 연구가 진행되고 있지만 상품 개발까지는 아직 도달하지 못하고 있는 상황이다. 본 논문에서는 유기 랭킨 사이클에서 작동하는 200kW급 터빈을 개발 하는데, 사이클 해석을 바탕으로 비속도 분석, mean line 해석, 3차원 해석 과정이 설명되었다. 그리고 해석 결과를 바탕으로 터빈 요소 부품을 제작하였고, 회전체 안정성 시험 및 성능시험을 수행하였다. 터빈 개발은 세계적으로도 활발히 이루어지지만 개발 과정과 단계에 대한 사항은 기업 비밀이란 이유로 공개 되지 않는 실정이다. 본 논문은 유기 랭킨 사이클용 터빈의 개발에 있어 어떠한 과정과 단계로 진행되는지 참고가 될 수 있을 것이다. -
Jo, In-Sik;Jo, In-Ho;Oh, Joo-Yeon;Lee, Chang-Soon;Pyoun, Young-Sik;Park, In-Gyu 115
최근 플랜트산업분야에서는 발전설비와 해양 플랜트 및 선박, 교량 건설등 핵심 구조물들에 대한 내구성 향상 및 평가를 위한 기술이 크게 확장 적용될 것으로 본다. 이에 본 연구에서는 초음파 탄성진동에너지를 이용한 초음파 나노표면개질(Ultrasonic Nanocrystalline Surface Modification) 기술과 초음파 피로시험(Ultrasonic Fatigue Test)기술을 통해서 현재까지 국내산업분야에서 활발하게 진행중인 적용사례를 분석하고자 하였으며. 플랜트분야 특히 발전설비와 해양선박 플랜트 및 교량 건설구조물들의 핵심 용접부에 대한 내구성 향상을 위해 크게 확장 적용될 수 있는 새로운 응용기술 연구방향에 대한 방법들을 제시하고자 한다. -
Huh, Cheol;Kang, Seong-Gil;Lee, Keum-Suk;Park, Young-Gyu 123
기후변화 완화를 위한 온실가스 감축 수단으로서 대량의 이산화탄소를 포집하여 저장하는 이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 기술의 중요성이 날로 부각되고 있다. CCS 기술은 발전소등과 같은 대규모 배출원에서 배출되는 이산화탄소를 바로 감축 가능케 할 뿐 아니라 지속 가능한 성장을 통한 탄소 에너지 산업 구조를 활용 가능하게 한다. 본 논문에서는 '국가 CCS 종합추진계획'에 근거 해양을 매개로 연간 300만톤급 CCS 실증을 위한$CO_2$ 수송 및 저장기술의 국내 개발현황을 고찰하고자 한다. -
Ryu, Hyeong-Ryong;Cho, In-Ho;Kim, Seong-Gwan;Jeon, Seong-Il;Pyoun, Young-Sik 129
화력발전소의 보일러를 일정한 화력으로 가동하기 위해서는 일정한 통풍량을 유지시켜야 한다. Main Bearing Assembly Unit 일정한 통풍량을 유지시키기 위하여 Fan을 회전시킨다. 그러나 점차 발전량이 많아지는 반면에 발전을 위하여 투입되는 석탄의 질은 초기의 보일러 설계 기준보다 나빠지고 있다. 특히 원가절감의 일환으로 또는 자원의 고갈로 인한 고급품질의 석탄 확보가 어려움으로 인하여 점차 낮은 질의 석탄이 투입되고 있다. 이로 인하여 초기 설계시의 Main Bearing Assembly의 수명보다 약 절반의 수명인 2~3년의 주기로 Main Bearing Assembly의 정비교체가 요구되고 있다. 본 연구에서는 Main Bearing Assembly Unit의 역설계 해석을 통해서 수명단축의 원인을 분석하고 초기 목표 수명을 가질 수 있도록 새로운 시스템으로 개선하여 개발하고자 한다. -
경량전철시스템은 버스와 지하철의 중간정도의 수송능력을 가진 첨단 대중 교통수단으로 주로 무인으로 운전되며, 1개사업이 조단위의 건설비가 소요되는 대형 복합시스템이다. 이러한 경량전철사업을 효율적으로 수행하기 위해서는 시스템엔지니어링이 매우 중요하다. 시스템엔지니어링은 성공적인 시스템을 구현하기 위한 다분야 학문의 종합적 접근방법과 수단으로 복잡한 시스템을 개발 관리하기 위해 전체적(holistic), 생명주기적 관점에서 접근하며, 필요한 사항을 확인하고, 해야 할 일을 바르게 수행하도록 안내한다. 본 논문에서는 경량전철사업에서 시스템엔지니어링을 적용하기 위한 프로세스를 제시한다. 이를 위해 국내 경량전철사업의 시스템엔지니어링 특징을 분석하고, 국내에 적합한 시스템엔지니어링 프로세스와 프로세스의 산출물 작성을 위한 템플릿과 사례, 그리고 프로세스를 전산으로 구현한 사례를 제시한다.