• Composites Research
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• 제21권3호
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• pp.9-17
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• 2008

본 논문에서는 저속충격하중을 받은 필라멘트 와인딩 탄소섬유강화 복합재 압력용기의 잔류강도 저하특성에 대한 수치해석 및 실험결과에 대해서 논한다. 복합재 압력용기의 원통부의 여러 곳에 대해 낙하 공구의 끝단을 모사한 삼각형 충격자를 사용한 저속 충격시험이 실시되었고, 유한요소해석을 수행하여 충격시의 기계적 변형 및 응력분포 거동에 대한 예측을 실시하였다. 충격하중을 받은 복합재 압력용기의 잔류강도 저하 특성을 정량적으로 평가하기 위해, 충격부위를 포함하는 원환시편을 압력용기의 실린더부로부터 채취하여, 원주방향 내압인장강도 측정 수압시험법으로부터, 원환시편의 수압파열 압력을 측정하였다. 결과적으로 본 연구를 통해 충격 에너지의 수준에 따른 잔류강도 변화가 성공적으로 계측되었으며, 복합재 압력용기의 충격손상허용을 정량적으로 평가하기 위한 유용한 방법론이 정립되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권8호
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• pp.781-788
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• 2013

엔진 설계시 실린더 주요 부품의 온도 분포 계산은 엔진 전체 구조안정성 평가시 열응력에 의한 변형을 고려하기 위해 필수적으로 수행된다. 최근 박용 및 발전용 중속엔진은 압축비 및 출력이 증대 되어 설계되고 있는 추세여서 증가된 연소실 열부하에 의한 영향을 고려하기 위해 열전달 해석의 높은 정확도가 요구되고 있다. 본 연구에서는 엔진 설계시 실린더 주요 부품의 온도 분포를 계산하고 계산된 온도 수준이 설계기준에 만족하는지를 정확히 평가 하기 위한 열전달 해석 프로세스를 정립하였다. 각 주요 열부하 영역의 경계조건 설정 과정을 1 차원 엔진 성능해석 및 3 차원 열유동 해석을 통하여 산출하여 적용하였으며 해석 결과는 해당엔진 모델의 프로토 타입엔진 주요 부품 온도를 계측하여 검증하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1997년도 제9회 학술강연회논문집
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• pp.35-36
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• 1997

복합재는 강도가 높고 가볍기 때문에 최근 로켓의 연소관으로 널리 사용되고 있다. 그런데 이 복합재 로켓 연소관은 제조 후 대기 환경에 장기적으로 노출되어 있기 때문에 금속 연소관과는 달리 온도 또는 습도 등의 환경에 대한 영향을 고려해야 한다. 더구나 연소관은 내부에 추진제가 충전되어 있으므로 추진제의 기계적 특성이 습도에 민감함을 생각할 때 강도뿐만 아니라 습기의 투과도 또한 매우 중요한 고려 요소가 된다. 그러나 온/습도 변화에 따른 복합재 자체의 재료 특성 변화에 대한 연구는 많이 보고되었으나 습기의 투과 정도에 관한 연구는 자료가 미흡한 실정이다. 한편, 포화 함수율은 복합재에 따라서 차이가 있으나 T300/5208의 경우 문헌을 참조하면 20-$50^{\circ}C$에서 복합재 무게의 약 1.5% 정도이며 포화에 걸리는 시간은 약 100일 정도로 나타나 있다.본 연구에서는 수분이 복합재를 통하여 투과되는 정도를 고찰하기 위하여 $20^{\circ}C$,95%RH의 온/습도를 유지하는 수조를 제작하였고, 이 수조내에 보관한 복합재 연소관의 실린더 벽면으로 투과되는 습기를 측정하기 위하여 연소관 내에 습도 센서를 투입하여 상대습도를 직접 측정하였다. 복합재 연소관이 로켓에 사용될 때는 연소관 외부에 페인트로 피막 처리하고 연소관 내부에도 추진제와의 사이에 라이너가 접착되어 있어서 수분 침투 및 온도 등의 외부 환경조건에 견디기에 더 양호한 조건이나 본 연구에서는 복합재 자체의 특성을 고찰하기 위하여 섬유를 에폭시에 함침시켜 winding한 상태 그대로의 복합재 연소관 시료를 사용하였다. 습기의 투과는 내부에 라이너/인슐레이션이 피복되거나 또는 추진제가 충전된 경우 많은 감소효과를 보였다. 순수 복합재 연소관의 경우 수조에 넣고 평형에 도달한 후로부터 약 8개월의 습기 투과 상태를 볼대 벽면을 통하여 들어가는 water vapor flux는 $20^{\circ}C$,95%RH 에서 평균적으로 9.3163$\times$$10^{-8}$g/$m^2$sec로 나타났다. 이때 습기가 투과되는 연소관이 국지점을 평판으로 가정하고 Fick's law를 이용하여 구한 습기에 대한 복합재의 확산계수는 D=2.5$\times$$10^{-6}$$mm^2$sec였으며, 이는 다른 graphite/epixy 복합재의 확산계수와 유사한 값을 나타내고 있다. 또한 추진제가 충전된 연소관을 절단하여 밀폐한 후 95%RH 습도 조건에 보관함으로써 연소관 내부의 추진제 기계적 특성에 미치는 침투된 습기의 영향도 함께 고찰하였다. 추진제에 따라 차이는 있겠으나 추진제가 충전된 연소관은 순수 복합재 연소관에 비해 습기의 투과 정도가 작으며, 본 연소관에 충전된 RDX/AP계 추진제의 경우 추진제의 습기투과에 의한 추진제 물성 변화는 미미한 것으로 나타났다.

• 비파괴검사학회지
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• 제35권5호
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• pp.332-340
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• 2015

음향방출기술은 고체내부에 국부적으로 형성된 변형에너지가 급격히 방출되면서 발생하는 탄성파를 이용하는 기술로써 결함의 발생이나 존재하는 결함의 진전을 검출하는 비파괴검사 기법이다. 환경문제로 인해 최근 약 20년 전부터 압축 천연 가스가 자동차 석유 연료의 대안으로 사용되면서 CNG 탱크의 안전성 검사의 필요성 또한 증가하고 있다. 특히 복합재 CNG 탱크에서는 적층된 재료와 방향에 따라 파의 속도나 분산 특성이 달라지므로 매질의 속도에 절대적으로 영향을 받는 종래의 도달 시간차를 이용한 AE 기법으론 결함검출을 하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 스틸실린더인 Type-I과 스틸실린더에 GFRP로 와인딩된 Type-II 시편에서 에너지 기반 contour map 기법을 이용해 종래의 AE기법의 한계를 극복하고 결과를 비교하였다. 그 결과 위치표정이 불가하거나 오차가 컸던 종래의 방법과 달리 에너지 기법은 모든 지점에서 위치표정이 가능했으며 오차 또한 현저히 준 것을 확인할 수 있었다.

• 한국기계가공학회지
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• 제16권4호
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• pp.97-103
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• 2017

The objective of this study is to develop and commercialize an on-board fuel storage system for CNG vehicles. A type 4 vessel is made of resin-impregnated continuous filament windings on a polyamide (PA6) liner. In particular, this study localized the PA6 liner's fabrication and development. To analyze the filament winding, a specimen test was performed, and the results were verified values obtained using finite element analysis. In this study, the filament winding and fibers were optimized for a 207 bar composite cylinder in a compressed natural gas vehicle.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2000년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.92-97
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• 2000

저속 충격을 받은 복합재로 만들어진 두꺼운 압력용기의 파괴모드와 손상 상태에 대하여 조사하여 이를 정량적으로 나타내는 것이 본 연구의 관심이다. 본 논문에 사용된 시편은 압력용기의 중앙을 길이 305mm로 잘른 원통형 ring모양이다. 충격자는 직경이 25.4mm와 12.7mm인 반구형 2종류와 모서리의 직경이 1mm인 원추형 1종류로 무게는 3.9kg이며 자유낙하 높이는 20mm에서 200mm로 종류에 따라 간격을 달리했다. 실험 장치로는 실린더가 충격에 흔들리지 않도록 고정하는 받침대와 자유낙하 하는 impactor 이며 impactor의 윗면에 한 개의 가속도 게이지를 설치했으며 밑면에 90도 간격으로 4군에 스트레인 게이지를 붙여 충격에너지, 최대 충격력, contact radius를 측정하고 시험후 시편은 방사선 촬영을 하여 충격자의 종류에 따라 손상의 정도가 어떻게 다른지를 파악했다. Herzian이론을 사용하여 contact radius를 구하고 측정된 자료와 비교 검토하였다. Contact radius 값은 충격자의 직경이 클수록 큰 것을 알수 있고 실험치 값은 이론치 값 보다 큰데 이는 실제 연소관의 기계적 성질의 값이 계산치 보다 적은 것이 원인이다. 직경이 25.4mm인 반구형의 충격자는 직경이 12.7mm인 반구형의 충격자에 비하여 내부에 delamination크기가 컸다. 가속도의 값은 높이에 따라 선형적으로 변하고 충격자의 모양이 둔탁할수록 가속도 값이 커지는 것을 알 수 있다.

• 한국재료학회지
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• 제11권2호
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• pp.115-119
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• 2001

다발체형성 제조기술을 이용하여 심하게 인발가공된 Cu-Nb 미세복합재료 전선의 전기적 특성과 열처리에 따른 미세조직 변화와의 관계에 대하여 연구하였다. 다발체형성과 인발공정에 의해 제조된 전선에서 Nb필라멘트 단면방향의 형태는 직선이거나 약간 굽은 형태로 나타났다 Nb필라멘트 형태의 차이는 고온에서의 다발체형성 제조공정중의 Nb필라멘트의 파손과 실린더화에 의해 발생하였다. Cu-Nb 미세복합재료의 비저항은 Cu-Nb 계면에서의 전자 산란에 의해 주로 결정된다. $400^{\circ}C$의 어닐링온도 이하에서 전도도의 감소는 침상형태 석출물의 정합변형율과 관계된 산란의 기여가 증가하기 때문이다. 비저항의 비 ($\rho_{295K}$/$\rho_{75K}$)의 약간의 감소는 또한 Nb원자의 석출 때문이다. 50$0^{\circ}C$의 어닐링온도에서 Cu-Nb 미세복합재료의 전도도 중가는 Nb필라멘트의 조대화와 구형화때문이다

• 기계와재료
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• 제21권3호
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• pp.32-41
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• 2009

공기압 액추에이터는 자동화 생산라인 등의 다양한 산업분야에서 사용되고 있으며, 고장이 발생하면 전체 시스템에 막대한 손실을 야기 시킬 수 있는 부품이다. 그러나 기존 공기압 액추에이터에 대한 연구는 설계 관점에서의 연구나 특성해석 및 구동속도 등의 제어관점에서의 연구가 대부분이었으며, 실린더의 수명과 신뢰성에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이와 연관하여 최근 공기압 액추에이터의 신뢰성에 대한 중요성 및 소비자의 요구수준이날로 증대되고 있으며, 최근 공기압 액추에이터의 수명분포 데이터를 분석과 가속수명시험 실시를 통한 수명분포 추정과 형상모수의 동일성 검정, 제안한 복합가속 수명시험 모델에 대한 유용성 검증 등의 연구와 ISO를 중심으로 규격화를 위한 활동이 활발히 진행되고 있다. 따라서 공기압 액추에이터에 대한 신뢰성 평가기법 및 가속수명 시험평가 기술에 대한 기술적 접근법을 소개하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.334-349
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• 2008

댐에는 하류 홍수피해 경감을 위한 방류설비와 댐에 저장된 물을 생활 농업 공업용수로 활용하기 위한 취수설비가 구축되어 있다. 취수설비는 고객의 요구에 부응하기 위해 여러 종류의 개선사례와 형식변경을 통해 날로 발전을 거듭하고 있다. 1970년대 소양강댐이 건설된 후 1990년대 중반까지는 수력발전을 목적으로 수차발전기 분해점검을 위한 수리용 게이트가 채택되어 저수지 중층부에 설치한 사례가 많다. 경제부흥 초창기 우리나라가 해외차관으로 건설한 소양강댐, 안동댐, 대청댐 등의 취수설비가 이에 해당한다. 이후 1990년대 말까지 하류 농작물 냉해방지를 위해 상온수의 물을 취수하는 표면취수설비가 임하댐, 주암댐, 용담댐 등에서 채택 운영되고 있다. 그러다가 횡성댐, 장흥댐 등이 건설되는 2000년대 초부터 기존의 냉해방지와 조류 등 환경변화에 대처가 가능하도록 저수지 전 구간을 수심별로 구분 선택하여 취수하는 다공식 취수설비와 표면취수설비가 동시에 설치되는 복식형 취수설비가 채택 운영됨에 따라 단순 수리용 게이트에서 복합적인 기능을 갖춘 취수설비로 발전을 하였다. 2002년 태풍 '루사'와 2003년 태풍 '매미'로 인해 유입된 고탁도수가 장기간 댐 내에 체류하여 하류용수공급에 심각한 문제점이 발생되고, 부영양화로 인한 적조현상 등이 사회적으로 크게 이슈화됨에 따라 임하댐과 용담댐에서는 표면취수설비를 중간구간 취수가 가능한 분리형 선택취수설비로 개선한 결과(임하댐(2006), 용담댐(2008)) 댐 본래의 순기능인 청정수 담수가 가능해졌을 뿐만 아니라, 하류생태계 보존에도 크게 이바지하였다. 또한, 최근에는 전 구간 선택취수가 가능하도록 화북댐에는 정류판형 선택취수설비, 부항댐 및 성덕댐에는 실린더 게이트가 국내 최초로 도입되는 전환기를 맞이하게 되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.389-398
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• 2002

동전모양의 균열이 이상복합 실린더 계면에 존재하는 혼합모드 조건(I, II)에 대해 유한요소법을 사용하여 에너지해방율을 구하였다. 두재료의 탄성비와 노치율을 변화시켜 상업용 FEM 프로그램인 ABAQUS로부터 얻은 결과를 가상 균열법과 J 적분법에 적용하였으며 에너지해방율을 구하여 무차원함수로 표현하였다. 모드 II의 무차원 에너지해방율($\sqrt{G_{II}E^*}/\sqrt[p]{\pi a}$)은 균열길이와 탄성비가 증가되면서 그 값이 증가됨을 알수 있었다. 반면, 모드 I의 무차원 에너지해방율($\sqrt{G_{I}E^*}/\sqrt[p]{\pi a}$)은 탄성비가 증가하면서 그 값이 감소하며, 두재료의 탄성비가 3 이상인 경우에 균열길이가 증가되면서 무차원 에너지해방율이 감소하다가 다시 증가하게 나타났다. 또한 수치해석된 결과치를 무한판 실린더의 응력확대계수에 대한 정해와 비교하여 본 해석의 신뢰성을 확보하였다.