• 대한기계학회논문집A
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• 제36권3호
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• pp.297-304
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• 2012

블레이드의 성능 평가를 위하여 실제 사용 환경과 근접한 하중 모사에 따른 이축 하중의 필요성이 제기되고 있으며, 본 본문에서는 이러한 이축 하중에 따른 블레이드의 거동을 해석하였다. 100kW급 풍력 블레이드를 대상으로 하였으며, ANSYS를 사용하여 정적거동을 분석하였다. 정적거동은 파손해석과 좌굴거동으로 분석하였으며, 파손 평가는 Puck이 제안한 파손 방정식을 이용하여 섬유 파손과 섬유간 파손 기준을 검토하였다. 이축하중의 하중비가 증가함에 따라 루트부 단면이 변하는 후연부와 루트에서 Z+ 3300~3600인 지점에서 응력이 상대적으로 크게 나타났다. 또한 이축 하중비가 증가함에 따라 블레이드 좌굴 지점이 루트부 쪽으로 이동되고 있음을 확인하였다. 따라서 블레이드의 사용 신뢰성을 검증하기 위해서는 이축 하중에 의한 시험이 요구되고 있음을 본 해석을 통해서 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권10호
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• pp.806-813
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• 2018

항공기 엔진을 구성하는 부품 중 하나인 블레이드의 파손에 대해 분석하였다. 블레이드의 파손원인과 그 거동은 다양하지만 크게 일시파단과 피로파손의 두가지 형태로 나뉘어진다. 이 논문에서는 전체 거동은 일시파단으로 진행되고 일부 피로 파손된 블레이드에 대해 기술하였고, 특히 고온에서의 블레이드 손상거동을 분석하므로써 사례의 하나로 제시하고자 한다. 분석한 블레이드는 니켈기 초내열 합금으로 외관, 재질, 미세조직, 고온 크리프 특성, 파단면 형상을 각각의 분석장비를 활용하여 손상원인과 거동을 확인하였고, 원재질에서 재현하였다. 고온에서 니켈 합금은 ${\gamma}^{\prime}$ 형상이 변형되고 조직변형(Alloy Depletion)구간이 관찰되며 재질의 기계적 성질, 물성치 등이 저하되고 연화되어 장시간 운용 시 파손될 수 있다. 니켈합금은 고온특성이 좋으나 함유되는 미량원소에 따라 그 물성치가 다양하므로 니켈합금이라 하여도 그 목적에 맞는 세분화된 소재를 사용해야한다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제7권1호
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• pp.53-58
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• 2021

한전에서 운영중인 사우디라빅발전소에서 저압터빈 블레이드가 파손되었다. 블레이드의 경우 터빈의 핵심부품으로서 증기를 활용하여 발전기를 회전시켜 전기를 생산하는데 필수 부품이다. 반복적인 사고발생을 예방하기 위해 조직분석, 운전신호 분석등을 활용하여 원인을 규명하였고, 대책을 제시하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권2호
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• pp.66-75
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• 2018

본 논문에서는 2MW급 풍력 블레이드의 스파캡을 탄소복합재료, 두께축소율(PRR) 및 상쇄연구(Trade-off study)를 이용해서 경량화 설계를 수행했다. 블레이드 스파캡은 블레이드의 기계적 건전성을 결정하는 가장 핵심적인 요소이다. 가벼우면서도 기계적 신뢰성을 확보할 수 있는 블레이드 스파캡의 형상을 도출하기 위해 주어진 설계하중으로 스파캡의 두께를 변화시키면서 반복적인 구조해석을 실시한다. 파손여부를 판정하기 위해서 Tsai-Wu 및 Puck 파손이론을 사용하였으며, 그 결과 GFRP 복합재료보다 CFRP 복합재료가 동일한 조건에서 약 30% 무게를 경량화 할 수 있었다. 해석 결과를 바탕으로 복합재료 적층두께의 최적값을 도출하여 구조적 성능 향상 및 경량화 된 설계 결과를 제시한다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권7호
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• pp.1222-1230
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• 2022

로터 블레이드는 조류발전 터빈의 매우 중요한 구성 요소로서, 해수의 높은 밀도로 인해 큰 추력(Trust force)와 하중(Load)의 영향을 받는다. 따라서 블레이드의 형상 및 구조 설계를 통한 성능과 복합소재를 적용한 블레이드의 구조적 안전성을 반드시 확보해야 한다. 본 연구에서는 블레이드 설계 기법인 BEM(Blade Element Momentum) 이론을 이용해 1MW급 대형 터빈 블레이드를 설계하였으며, 터빈 블레이드의 재료는 강화섬유 중의 하나인 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)를 기본으로 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 샌드위치 구조에 적용해 블레이드 단면을 적층(Lay-up)하였다. 또한 유동의 변화에 따른 구조적 안전성을 평가하기 위해 유체-구조 연성해석(Fluid-Structure Interactive Analysis, FSI) 기법을 이용한 선형적 탄성범위 안의 정적 하중해석을 수행하였으며, 블레이드의 팁 변형량, 변형률, 파손지수를 분석해 구조적 안전성을 평가하였다. 결과적으로, CFRP가 적용된 Model-B의 경우 팁 변형량과 블레이드의 중량을 감소시켰으며, 파손지수 IRF(Inverse Reserce Factor)가 Model-A의 3.0^*V_r를 제외한 모든 하중 영역에서 1.0 이하를 지시해 안전성을 확보할 수 있었다. 향후 블레이드의 재료변경과 적층 패턴의 재설계뿐 아니라 다양한 파손이론을 적용해 구조건전성을 평가할 예정이다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권4호
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• pp.423-428
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• 2016

저압터빈 최종 단 블레이드는 응축 증기 내 농축된 불순물에 의해 조성되는 부식환경 하에서, 고속회전에 따른 높은 응력이 부가되어 응력부식 균열에 의한 파손이 빈번히 발생된다. 이러한 가혹 환경 하에서 블레이드의 안정적 사용을 위해서 내식성과 고 강도 특성 등을 갖춘 12% Cr 마르텐사이트계 스테인레스 강을 널리 적용한다. 본 논문은 마르텐사이트계 스테인레스 강으로 제작된 최종 단 블레이드가 정상운전 중 갑작스럽게 파손되어, 원인진단을 위해 파손 및 건전 블레이드를 대상으로 기계적 물성, 파단면 및 미세 조직 검사를 수행한 결과를 기술한 내용이다. 파손된 블레이드의 기계적 물성 시험결과 재질 사양서 기준에 비해 충격치는 낮고 경도는 높은 전형적인 재질 취성화 특성이 확인되었다. 또한, 파단면 검사결과 가지(branch)형태의 균열이 입계를 따라 진전하였고, 표면에서 Cl, S 등의 부식성분이 검출되었다. 이상의 결과들을 토대로 블레이드의 파손원인은 응력부식 균열임을 알 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권8호
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• pp.103-111
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• 2002

열하중과 원심력을 고려한 발전용 터빈 블레이드의 정상 상태 크리프 해석을 수행하였다. 3차원 터빈 블레이드 유한 요소 모델에 대하여 크리프 변형률과 응력을 계산하고 수치적 방법에 의해 크리프 수명을 예측하였다. 약 200시간 정도의 크리프 해석 결과 GTD111 터빈 블레이드는 아직 파손 응력에 도달하지 않았으며, 크리프 응력은 시간이 경과함에 따라 점차 이완되고 있다. 터빈 블레이드의 최대 크리프 변형률은 익형의 압력면 끝단에서 발생하며 수치적 방법에 의해 약 50,000 시간 이후에 파손 변형률에 도달할 것이다. 따라서 현재 터빈의 기동 중 블레이드는 크리프에 의한 손상을 입지 않는다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권5호
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• pp.465-475
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• 2012

본 연구는 두 가지 목표를 가지고 수행하였다. 하나는 수치해석과 Design-FOIL Pro.를 이용해 블레이드 에어포일 모델개발이고, 다른 하나는 이 모델을 Folding blade에 적용하는 것이다. 일반적으로 1MW이상 대형풍력터빈용 블레이드는 강풍시에 피칭제어로 풍향에 대해서 평형상태를 유지하여 로터를 회전시키지 않는 방법으로 블레이드의 손상을 방지 하였지만, 소형풍력터빈용 블레이드는 설비비, 유지비등 경제성을 이유로 피칭제어를 채택하지 않아 블레이드의 파손 문제가 심각하다. 그래서 본 연구에서는 유지보수가 필요 없고 강풍에서도 파손이 없는 Spring pack을 이용한 로터를 직접설계(Direct-Design) 방법으로 설계하여, 그 성능을 검증 하고 변화 풍속에 맞는 폴딩각을 이용해 강풍시에도 Wind turbine이 Cut-out 없이 계속발전을 유지할 수 있도록 하는 점에 집중 연구하고자 한다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제1권1호
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• pp.17-23
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• 1998

The blade failures are identified as the leading cause of unplanned outages for steam turbine. Most investigations of the failures are limited to material tests, chemical analysis of deposits, and possibly examination of material specimens. But to correct a blading problem requires more than positive identification of the mechanisms involved. An analytic procedure capable of predicting stress and dynamic characteristics of turbine blades is presented to increase steam turbine availability by decreasing blade failures. Finite element method is used to model and predict natural frequencies, steady and dynamic stresses of turbine blades. The procedure is illustrated by the case study. This procedure is used to guide, and support the plant manager's decision to avoid a costly, unplanned outage

• Composites Research
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• 제34권6호
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• pp.337-344
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• 2021

본 연구에서는 복합재료 팬 블레이드 도브테일 요소의 인장하중에 따른 점진적 파손거동을 유한요소 시뮬레이션을 통한 수치적 연구를 수행하고, 인장시험을 통하여 정확도를 검증한다. 도브테일 요소는 터보 팬 엔진의 팬 블레이드를 디스크와 결합시키는 조인트의 하나로, 통상 티타늄 등의 금속 재료로 제작되나 경량화 등의 이유로 복합재료의 적용이 연구되고 있다. 하지만 복합재료를 이용한 팬 블레이드 제조과정에서 드롭오프 플라이(Drop-off ply), 수지 포켓(resin pocket) 등의 제조 결함이 필연적으로 발생한다. 이러한 제조 결함이 복합재료 팬 블레이드 도브테일 요소에 미치는 영향을 확인하기 위해 유한요소모델을 이용한 수치해석을 수행하여 예측 결과와 인장시험 결과를 비교 분석한다. 이때 층간분리(delamination) 거동을 모사 가능한 응집영역 모델을 적용하였다. 결론적으로, 열 잔류응력 및 두께방향 압축하중에 의한 계면 물성 강화 효과를 고려하여 유한요소 해석결과와 시험결과 간의 높은 상사성을 얻을 수 있었다.