• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.543-551
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• 2015

뛰어난 단열성능을 가지는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam, PUF)은 다양한 구조물에서 다른 재료들과 함께 사용되고 있다. 현재 LNG 운반선의 단열시스템에는 유리섬유로 강화된 폴리우레탄 폼(reinforced-polyurethane foam, R-PUF)이 사용되고 있으며, 이는 단열재 역할뿐만 아니라 슬로싱 하중을 포함한 다양한 압축하중에 대한 구조부재 기능을 수행하고 있다. 폴리우레탄 폼은 혼합과 발포를 통해 제작되는 다공성 재료이기 때문에, 본 연구에서는 기공체적비율을 통해 재료의 거동을 모사할 수 있는 Gurson damage model을 사용하여 폴리우레탄 폼의 비선형 압축거동을 모사하였으며, 폴리우레탄 폼의 기계적 성질에 영향을 미치는 영향변수로서 기공체적비율에 의존적으로 알려져 있는 밀도를 설정하였다.

• Composites Research
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• 제31권4호
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• pp.122-127
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• 2018

섬유강화고분자복합재료(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastics)의 경량화는 자동차 및 항공 분야에서 끊임없이 요구되고 있으며, 구조용 폼과 CFRP를 혼합하여 샌드위치 복합재료로 사용되고 있다. 본 연구에서는 열경화성 소재인 에폭시 폼과 폴리우레탄 폼 및 열가소성 소재인 PET 폼과 PVC 폼의 조성 차이에 따른 폼의 형상 및 열 노화를 통해 변화되는 기계적 특성 변화를 관찰하였다. 성형한 에폭시 폼, 폴리우레탄 폼 및 상용화된 PET 폼과 PVC폼을 180도에서 열 노화시켰으며, 30, 60, 120, 180분의 노화시간에 따라 구조용 폼의 변화를 광학 현미경 및 만능시험기로 폼 셀의 형상 및 압축강도를 평가하였다. 궁극적으로 에폭시 폼이 가장 높은 2.6 MPa의 압축강도를 가졌으며, 열 노화 조건에서도 물성저하나 형상의 변화가 거의 발생되지 않았다. 이는 에폭시 폼이 타 구조용 폼에 비해 열 노화 조건에서 후경화되어 강직한 조성을 이루며, 타 구조용 폼과는 다르게 내열 특성이 우수하기 때문에 고온용 구조용 폼으로 적용하기 적합한 소재임을 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제51권6호
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• pp.495-502
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• 2014

Glass-reinforced polyurethane foam (R-PUF) is widely used as the primary and secondary insulation of Mark-III type liquefied natural gas (LNG) cargo system. And, polyurethane foam (PUF) and polyisocyanurate foam (PIR) are often used for insulation of onshore structures or LNG storage and pipeline system. These polymeric foam materials are known for the characteristics that mechanical properties are dependent on strain rate and temperature. In this study, compression tests for R-PUF, PIR, and PUF were carried out for the estimation of mechanical behaviors under the cryogenic environment. The range of thermal condition was from room temperature to 110K and strain rates were $10^{-3}s^{-1}$ and $10^{-4}s^{-1}$. The test results were analyzed based on the conditions of strain-rate and temperature.

• 한국해양공학회지
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• 제27권1호
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• pp.74-79
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• 2013

In the context of the structural performance of an LNG hold, the mechanical characteristics of the insulation material are considered to be a critical design factor under cryogenic temperatures. This paper presents the thermal elasto-plastic behavior of the reinforced polyurethane foam (RPUF) adapted for the insulation material of a membrane-type LNG carrier via both experiments and numerical simulations realizing the cryogenic condition. The experiments are carried out to investigate the thermal transfer and thermal elasto-plastic deformation characteristics of an actual RPUF specimen. The heat transfer simulations based on the finite element method (FEM) include a forced convection analysis. The results of heat transfer analyses are compared with the experimental results. Reasonable cryogenic conditions for RPUF are reviewed based on both the analysis and experimental results.

• 한국해양공학회지
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• 제33권1호
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• pp.85-91
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• 2019

In a cryogenic storage structure, the insulation system is in an environment in which fluid impact loads occur throughout the lifetime of the structure. In this study, we investigated the effect of repetitive impact loading on the mechanical performance of glass fiber-reinforced polyurethane foam. The repeated impact loading test was conducted in accordance with the required impact energy and the required number of repetitive impacts. The impact behavior of glass fiber-reinforced polyurethane foam was analyzed in terms of stress and displacement. After the impact test, the specimen was subjected to a compression test to evaluate its mechanical performance. We analyzed the critical impact energy that affected mechanical performance. For the impact conditions that were tested, the compressive strength and elastic modulus of the polyurethane foam can be degraded significantly.

• 한국해양공학회지
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• 제33권6호
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• pp.547-555
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• 2019

The purpose of this study was to establish a numerical model of polyurethane foam (PUF) to simulate the dynamic response and strength of membrane-type Liquefied natural gas (LNG) Cargo containment system (CCS) under the impact load. To do this, initially, the visco-plastic behavior of PUF was characterized by testing the response of the PUF to the impact loads with various strain rates as well as PUF densities at room temperature and at cryogenic conditions. A PUF material model was established using the test results of the material and the FE analysis. To verify the validation of the established material model, simulations were performed for experimental applications, e.g., the dry drop test, and the results of FEA were compared to the experimental results. Based on this comparison, it was found that the dynamic response of PUF in dry drop tests, such as the reaction force and fracture behaviors, could be simulated successfully by the material model proposed in this study.

• 대한조선학회논문집
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• 제56권6호
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• pp.515-522
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• 2019

Since Liquefied Natural Gas (LNG) is normally carried at 1.1 bar pressure and at -163℃, special Cargo Containment System (CCS) are used. As LNG carrier is becoming larger, typical LNG insulation systems adopt a method to increase the thickness of insulation panel to reduce sloshing load and Boil-off Rate (BOR). However, this will decrease LNG cargo volume and increase insulation material costs. In this paper, silica aerogel, glass bubble were synthesized in polyurethane foam to increase volumetric efficiency by improving mechanical and thermal performance of insulation. In order to increase dispersibility of particles, ultrasonic dispersion was used. Dynamic impact test, quasi-static compression test at room temperature (20℃) and cryogenic temperature (-163℃) was evaluated. To evaluate the thermal performance, the thermal conductivity at room temperature (20℃) was measured. As a result, specimens without ultrasonic dispersion have a little effect on strength under the compressive load, although they show high mechanical performance under the impact load. In contrast, specimens with ultrasonic dispersion have significantly increased impact strength and compressive strength. Recently, as the density of Polyurethane foam (PUF) has been increasing, these results can be a method for improving the mechanical and thermal performance of insulation panel.

• Composites Research
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• 제12권6호
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• pp.74-82
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• 1999

폴리 우레탄 폼 코아 샌드위치 복합재료의 정적 및 피로 특성에 대하여 연구하였다. 유리 섬유강화 스킨과 중합의 폼 코아를 갖는 비스티칭, 스티칭, 스티프너의 세 종류 시편이 사용되었다. 특히 스티칭 샌드위치 구조는 두께 방향에 대하여 폴리에스터와 유리섬유를 꼬아서 부가적인 구조 보강이 코아의 상하 표면을 통하여 꿰멘 구조로 층간분리를 최소화하기 위해 샌드위치 구조 패널을 스티칭하여 만들고 수지는 수지의 유동 온도에서 수지의 낮은 점도 특성을 이용하여 스티칭 섬유에 침투시켜 함께 경화하였다. 스티칭 섬유가 $50{\times}50{\;}mm$의 간격으로 스티칭된 시편 및 스티프너 시편의 굽힘강도는 비스티칭 시편과 비교하여 각각 50%및 10배 이상으로 향상되었다. 최대 하중의 20%크기로 $10^6$ 피로 사이클을 받은 후, 비스티칭 시편의 굽힘 피로강도는 정적 굽힘강도와 비교하여 27%까지 감소되었고, 스티칭된 시편은 39%,그리고 스티프너에 의하여 보강된 시편은 20%정도 감소되었다. 폴리우레탄 폼 코아의 에이징 효과를 입증하기 위해, 피로 시험 후 샌드위치 시편의 표면 적층의 손상은 초음파 C-scan장비를 사용하여 검출하였다. 초음파 C-scan결과로부터 피로 시험동안 손상 받은 어떤 결함도 없었다 이는 피로 사이클동안 폼 코아 샌드위치 구조에 대한 굽힘강도의 감소는 폴리우레탄 폼이 에이징되어 발생하는 것을 의미한다.

• Composites Research
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• 제32권2호
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• pp.90-95
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• 2019

LNG 운반선의 슬로싱 충격하중은 LNG 화물창 내 단열시스템의 파손을 야기하는 주원인이다. 단열시스템의 파손은 LNG 화물창 내 극저온을 유지시키는 데 치명적으로 작용하게 된다. 극저온을 유지하기 위해서는 단열재료의 성능 강화가 가장 전형적인 방법이다. 일반적으로 LNG 화물창 내의 단열재료는 폴리우레탄 폼과 플라이우드, 이 두 재료를 접합시키기 위한 접착제가 사용된다. 본 연구에서는 단열시스템에 채용되는 단열재료를 강화하기 위한 일환으로 글라스 버블/에폭시 복합수지를 제작하여 충격 하중이 작용할 때 재료의 흡수에너지를 향상시켰다. 실험 시나리오는 글라스버블의 첨가량, 온도의 영향성을 분석하기 위한 상온 및 극저온 환경을 고려하여 자유낙하 실험을 수행하였다. 실험 결과는 글라스 버블 첨가량이 20 wt.%에 도달할 경우 극저온 흡수에너지가 최대의 성능이 나타나는 것을 확인하였다. 반면에 상온 흡수에너지는 첨가량 0 wt.%에서 최대 성능을 보였다. 글라스버블/에폭시 수지의 혼합성능의 경우 첨가량이 20 wt.%가 되면 교반성능 저하로 인하여 응집현상이 발생하여, 접착성능이 떨어질 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권3호
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• pp.307-313
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• 2010

본 논문에서는 지역난방에 사용되는 이형관인 벤드(bend)의 형상설계에 대한 연구를 수행하였다. 지역난방관은 강관(내부)과 폴리우레탄 보온재(중앙부) 그리고 고밀도폴리에틸렌 외관(외부)의 3개의 중공관으로 구성되며 일반적으로 $10{\sim}120^{\circ}C$ 온도범위의 물이 $16kgf/cm^2$의 내압을 가지면서 수송된다. 이에 따라 작동 중 발생하는 반복적인 열적-기계적 하중을 지탱할 수 있어야 한다. 보통 지역난방관의 벤드부에는 폼패드라고 부르는 신축흡수재가 덧씌워지는데 이 폼패드의 노후에 따른 문제가 종종 발생한다. 본 논문에서는 벤드부에서의 폼패드 노후 문제를 경감시키기 위한 대안으로 폼패드를 없앤 이중보온관의 형상 설계를 제안하였다. 제안된 설계는 벤드부 강관에 전단고리(shear ring)를 적용하는 방법으로 이때 전단고리의 최적치수는 다구찌 방법과 유한요소법을 적용하여 접근하였다. 그 결과로 전단고리의 두께와 높이, 개수 순으로 최적화 효과가 있음을 확언하였다.