• 해양환경안전학회지
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• 제27권2호
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• pp.387-393
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• 2021

본 연구에서는 해양플랫폼의 탑사이드 구조에서 주로 채택하고 있는 파이프 연결 구조의 피로 수명 증가를 위한 방안을 찾기 위하여, 유한요소해석을 수행하였다. 상용해석프로그램인 MSC Patran/Nastran을 적용하였으며, 대표적인 중앙부 구조 형상을 해석모델로 선정하였다. 하중에 따른 응력집중 현상을 구현하기 위하여, 8 절점 솔리드 요소를 이용한 모델링을 구현하였다. 주요하중은 횡방향 하중 2가지와 대각선 파이프에 인장 하중을 고려하였다. 주요 위치에서의 Hot spot 응력을 확인하기 위하여, 0.01 mm dummy 쉘 요소를 적용하였으며, 0.5 t와 1.5 t 위치에서의 주응력을 계산한 후 외삽법에 따라 용접부에 발생하는 응력을 추정하였다. 일부 구간에서는 만족해야 하는 피로 수명 이하로 평가되어, 보강이 필요하였다. 보강은 기존 설계된 파이프의 두께나 지름을 변경하지 않고, 피로수명이 부족한 부위에 응력집중계수를 낮출 수 있도록 브래킷을 추가하였다. 인장 하중에 대해서는 bracket toe에서 응력은 23 % 증가하였고, 기존에 문제가 된 파이프의 내측, 외측에서의 응력은 약 8 % 감소하였다. 휨 하중에 대해서는 bracket toe에서 응력은 3 % 증가하였고, 기존에 문제가 된 파이프의 내측, 외측에서의 응력은 약 48 % 감소하였다. 신규 브래킷 보강으로 인하여, bracket toe의 응력증가가 발생하였지만, S-N 커브 자체가 파이프 조인트에 비해 좋으므로 큰 문제가 되지는 않는다. 본 연구에서 적용한 국부 보강을 통한 피로 수명 개선 방법은 기존 설계안의 변경을 최소화하면서 피로 수명 증가를 효율적으로 할 수 있다는 점에서 관련 산업에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 에너지공학
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• 제18권1호
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• pp.49-55
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• 2009

금속의 수소취화는 수소를 사용하는 설비의 안전성을 위협하는 중요한 문제이므로, 수소 환경에서 금속의 취화평가법에 관한 연구의 필요성이 요구되고 있다. 수소사회를 대비하기 위하여 대용량의 수소공급방법에 관한 연구가 진행되고 있는데, 기존의 천연가스 배관을 통한 공급방안이 검토되고 있다. 본 연구에서는 배관 내부에 수소혼합가스가 흐르면 배관모재부 및 용접부의 손상이 우려되므로, 국내에 건설되어 운용되고 있는 X65 천연가스 배관의 모재부를 대상으로 수소취화 거동에 대하여 연구하였다. 재료의 수소침투는 전기분극법을 사용하였으며 강도평가에는 소형펀치시험법을 사용하였다. 수소장입량의 증가에 따라서 금속의 강도가 저하되는 현상이 발견되는 재료도 있으나, 본 연구에 사용한 X65강의 모재부에서 수소취화의 영향은 거의 나타나지 않았으므로 수소영향에 의한 X65강 모재부의 강도저하는 발생하지 않는 것으로 판단된다. 또한 소형펀치시험을 이용함으로써 금속재료의 수소취화에 의한 기계적 강도변화를 평가할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권10호
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• pp.379-385
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• 2020

본 논문은 전투차량에 장착되는 온수히터의 코어부위 냉각수 누수방지를 위한 설계에 관한 것이다. 온수히터는 가온된 냉각수를 승무원실의 히터 코어에 흘려 난방하는 장치로, 전투차량 운용 시 온수히터 코어 부위의 냉각수 누수현상이 발생하는 문제점이 확인되었다. 이 문제점은 주로 코어의 탱크와 튜브 부위의 접합부에서 발생하였는데, 이 부위가 취약하여 고압을 가압하였을 때 누수가 발생한 것으로 추정하였다. 이 문제를 개선하기 위하여 용접방식을 개선하고 온수히터 코어 말단 부위를 높은 압력에서 견딜 수 있는 구조로 변경하였다. 기존 코어와 개선 코어에 대하여 순차적으로 압력을 가하였을 때 기존 코어는 7.0 kgf/㎠에서 누수가 발생하였으며 개선 코어는 17.0 kgf/㎠까지 견고하게 구조를 유지하여 개선이 되었음을 입증하였다. 마지막으로 개선한 구조의 체계 적합성을 입증하기 위하여 성능시험 및 환경시험을 실시하였다. 본 논문의 연구결과를 바탕으로 제작된 개선 온수히터는 전투차량에 적용될 예정이며, 신뢰성 확보를 통한 방위력 향상과 유사 장비의 설계 및 고장분석에도 참고자료가 될 것으로 기대된다.

• 한국해양학회지
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• 제30권4호
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• pp.237-249
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• 1995

대한 해협 횡단면 상의 수온, 염분 및 해류의 구조를 이해하기 위하여 1994년 5월 2일부터 20일 까지 현장 조사를 수행하였다. 연구선 탐양호를 이용하여 상세한 CTD 수 직 profile과 ADCP 측정 기록을 얻었으며 두 개의 시간차(15일과 25시간)에 대한 평균 장과 변동장을 분석하였다. 대한 해협 중앙부에는 서로 다른 두 개의 수기 즉 동측의 고온 고염수와 서측의 저온저염수가 서로 인접하면서 대단히 뚜렷한 연안 전선을 형성 하고 있다. 이 고운 고염 수괴가 약 보름에 걸쳐서 서진하면서 수온 염분장을 크게 변 화 시키고 있음을 관찰할 수 있었다. 또한 중층에서는 수시간대의 짧은 주기로서도 수 온과 염분이 변화하고 있었으며, 이 현상은 EOF분석에서 제 1고유 모드로 나타나며 그 것은 50%이상의 전체 분산을 점하고 있다. 대한 해협에서의 흐름은 조류에 의하면 심 하게 영향을 받고 있으며 해협 중앙부에서 사리와 조금 때 각각 최대 80-90 및 60-70 cm/s의 크기를 보여 준다. 강한 남향의 조류에 의해 때에 따라서는 북향하는 대마 난 류의 존재가 완전히 가려 보이지 않기도 하였다. 25시간 연속 해류 관측 결과의 조화 분석 결과사리와 조금 때 평균, 단일주조류 및 일일주조류의 크기가 서로 비슷함을 알 수 있었다. 대한 해협 서수도를 통과하는 용접수송량은 조금 때 2.1 사리 때에 3.4 Sv 으로 추정되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제20권7호
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• pp.2386-2396
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• 1996

본 연구에서 수행한 큰 지름비를 가지는 동축제트 확산화염 연소기내의 등온 및 연소 유동장에 대한 수치해석 결고를 요약하면 다음과 같다. 1) 큰 지름비를 가지는 동축제트 확산화염 연소기내의 등온 유동을 수치해석한 경우 k-.epsilon. 난유모델은 큰지름비를 갖는 기하학적 특성 때문에 C $O_{2}$와 공기의 유량비에 따라 나타나는 세가지 유동구조를 정성적으로 잘 예측하였다. 2) 공기의 유량이 고정되고 C $O_{2}$의 유량이 증가하는 등은 유동의 경우, 후방정체점은 실험치보다 훨씬 과도하게 예측되고 있으나, C $O_{2}$의 유량증가와는 거의 무관하게 나타나는 실험결과를 그대로 반영하였다. 그리고 C $O_{2}$으 유량증가에 거의 선형적으로 비례하는 전방정체점의 위치와 급격히 감소하는 재순환유동영역으로 갈수록 정량적인 불일치가 커지게 됨을 볼 수 있으며 이는 연료제트의 속도척도가 상대적으로 커지면서 연료제트가 공기의 재순환유동을 간헐적으로 뚫고 나가며 나타나는 용접유동구조에 의한 비정상성 때문으로 사료된다. 3) C $O_{2}$의 유량이 고정되고 공기의 유량이 증가하는 등온유동의 경우, 전방정체점의 변화에 대한 실험과 수치해석 결과와 정량적인 일치를 보이고 있으나 후방정체점은 실험치에 비해 과대예측되었다. 공기의 평균유입속도가 증가함에 따라 전방정체점의 위치가 입구쪽으로 옮겨가는 경향을 나타내고 있으며 공기의 유량이 증가함에 따라 공기에 이한 재순환영역의 강도와 공기의 최대역류속도가 커지므로 상대적으로 C $O_{2}$ 제트가 재순환 유동장을 관통할 수 있는 거리가 즐어드는 현상을 잘 예측하였다. 4) k-.epsilon. 난류모델과 수정된 eddy-breakup 연소모델을 사용하여 bulff-body 연소기내의 연소유동을 수소에 의한 열팽창효과를 포함시킨 경우 유동장과 온도장이 약간 더 하류족으로 팽창되는 영향이 나타났으며 본 연구의 수치결과만을 놓고 볼 때 열팽창효과와 Arrhenius 화학반응률을 고려한 경우가 실험치에 다소 근접한 결과를 나타내었다. 5) 수치결과와 실험의 불일치는 등방성 가정에 근거를 두는 k-.epsilon.난류모델이 갖는 한계, 중간생성물을 무시한 일단계 비가역반응모델을 사용한 난류 연소모델의 한계, 밀도변화를 가지는 유동장에서 일정한 Schmisr 수 가정의 적용한계, 그리고 불확실한 입구경계조건에 기인한다. bluff-body 연소기내의 난류연소유동장에 대한 예측능력을 향상시키기 위해서 추후 연구에서는 더욱 발전된 물리모델인 ASM 난류모델과 RSM 난류모델 그리고 joint PDF 연소모델과 coherent flamelet 모델등을 이용한 수치모델의 개발을 체계적으로 수행할 예정이다.